KR102666365B1 - Reduces cracking susceptibility to 7xxx series direct cooled (DC) cast ingots - Google Patents

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Abstract

7xxx 시리즈 합금의 직접 냉각 주조 중 응고 전면을 따라 강한 교반의 공정 제어와 주조 속도의 조정은 잉곳의 균열 민감성을 감소시킬 수 있다. 강한 교반 제어는 응고 전면의 두께를 줄이고, 응고 전면에서 거부된 수소 가스의 응집을 촉진하고, 응고 전면에서 거부된 불순물을 제거하고 입자 크기를 개선하기 위해 사용된다. 강한 교반 제어는 응고 전면의 두께 증가 위험 없이 더 빠른 주조 속도로 작동하는 데 사용된다. 분산질 형성을 촉진하기 위한 주조 중 선택적 재가열은 잉곳의 외부 주변에 분산질 강화 응고 금속의 고강도 구역을 생성하는 데 사용되며, 이는 균열에 대한 잉곳의 민감성을 더욱 감소시킬 수 있다.During direct cooling casting of 7xxx series alloys, process control of strong agitation along the solidification front and adjustment of casting speed can reduce the cracking susceptibility of the ingot. Strong agitation control is used to reduce the thickness of the solidification front, promote the agglomeration of hydrogen gas rejected at the solidification front, remove impurities rejected at the solidification front and improve particle size. Strong agitation control is used to operate at faster casting speeds without the risk of increasing the thickness of the solidification front. Selective reheating during casting to promote dispersoid formation is used to create a high-strength zone of dispersoid-enhanced solidified metal around the outside of the ingot, which can further reduce the ingot's susceptibility to cracking.

Description

7xxx 시리즈 직접 냉각(DC) 주조 잉곳의 균열 민감성 감소Reduces cracking susceptibility to 7xxx series direct cooled (DC) cast ingots

관련 출원에 대한 상호 참조Cross-reference to related applications

본 출원은 2019년 12월 20일에 출원된 미국 가출원 제62/951,883호의 이익 및 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.This application claims the benefit and priority of U.S. Provisional Application No. 62/951,883, filed December 20, 2019, which is incorporated herein by reference in its entirety.

기술분야Technology field

본 발명은 일반적으로 금속 주조(metal casting)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다루기 힘든 알루미늄 합금(difficult aluminum alloy)을 직접 냉각 주조하는 것에 관한 것이다.The present invention relates generally to metal casting, and more specifically to direct cold casting of difficult aluminum alloys.

직접 냉각(DC) 주조에서 용융 금속은 금형 공동으로 전달되고, 펄스(false), 또는 움직이는 바닥을 갖는다. 용융 금속이 금형 공동에 들어갈 때, 일반적으로 상부에서 용융 금속의 흐름 속도와 관련된 속도로 가 바닥이 낮아진다. 측면 근처에서 응고된 용융 금속은 용융 섬프(molten sump)에 액체 및 부분적으로 액체 금속을 유지하는 데 사용될 수 있다. 금속은 99.9% 고체(예를 들어, 완전히 고체), 100% 액체 및 그 사이의 어느 위치에 있을 수 있다. 용융 섬프는 용융 금속이 냉각됨에 따라 고체 영역의 두께가 증가하기 때문에 V자형, U자형 또는 W자형을 취할 수 있다. 고체와 액체 금속 사이의 계면을 응고 계면이라고 한다.In direct cooling (DC) casting, molten metal is delivered into a mold cavity and has a pulsed, or moving, bottom. As molten metal enters the mold cavity, the bottom is lowered, typically at a rate related to the rate of flow of molten metal from the top. Molten metal that has solidified near the sides can be used to retain liquid and partially liquid metal in a molten sump. Metals can be 99.9% solid (e.g., completely solid), 100% liquid, and anywhere in between. The molten sump may take on a V-shape, U-shape, or W-shape because the thickness of the solid region increases as the molten metal cools. The interface between solid and liquid metal is called the solidification interface.

용융 섬프의 용융 금속이 약 0% 고체에서 약 5% 고체 사이가 되면, 핵 생성(nucleation)이 발생할 수 있고 금속의 작은 결정들이 형성될 수 있다. 이러한 작은(예를 들어, 나노미터 크기) 결정들은 핵들로 형성되기 시작하며, 핵들은 용융 금속이 냉각됨에 따라 덴드라이트(dendrite)를 형성하기 위해 우선적인 방향으로 계속 성장한다. 용융 금속이 덴트라이트 응집 포인트(coherency point)(예를 들어, 음료 캔 단부에 사용되는 5182 알루미늄의 632°C)까지 냉각되면, 덴트라이트들이 서로 달라붙기 시작한다. 용융 금속의 온도 및 고체 백분율에 따라, 결정은 알루미늄의 특정 합금에서 FeAl6, Mg2Si, FeAl3, Al8Mg5 및 기체 H2의 파티클과 같은 다른 파티클들(예를 들어, 금속간 화합물 또는 수소 기포)을 포함하거나 이를 포획할 수 있다.When the molten metal in the melt sump becomes between about 0% solids and about 5% solids, nucleation can occur and small crystals of metal can form. These small (e.g., nanometer-sized) crystals begin to form as nuclei, which continue to grow in a preferred direction to form dendrites as the molten metal cools. When the molten metal cools to the dentrite coherency point (for example, 632°C for 5182 aluminum used in beverage can ends), the dentrites begin to stick together. Depending on the temperature and solids percentage of the molten metal, crystals form different particles, such as particles of FeAl 6 , Mg 2 Si, FeAl 3 , Al 8 Mg 5 and gaseous H 2 in certain alloys of aluminum (e.g. intermetallic compounds). or hydrogen bubbles) or may capture them.

또한, 응고하는 알루미늄이 처음 냉각되기 시작하면, 이는 그 알파 상(alpha phase)에서 많은 합금 원소를 지원할 수 없으므로 응고 계면을 둘러싸고 있는 용융 금속은 비례적으로 더 높은 합금 원소 농도를 가질 수 있다. 따라서 서로 다른 조성들과 파티클들이 응고 계면에서 또는 그 근처에서 형성될 수 있다. 또한, 섬프 내에 정체 영역(stagnation region)이 있을 수 있으며, 이는 이러한 파티클들의 우선적 축적으로 이어질 수 있다.Additionally, when the solidifying aluminum first begins to cool, it cannot support as many alloying elements in its alpha phase, so the molten metal surrounding the solidification interface may have a proportionally higher alloying element concentration. Therefore, different compositions and particles can be formed at or near the solidification interface. Additionally, there may be stagnation regions within the sump, which may lead to preferential accumulation of these particles.

결정의 길이 스케일에서 합금 원소들의 불균질한 분포는 미세편석(microsegregation)으로 알려져 있다. 대조적으로, 거대편석(macrosegregation)은 미터의 길이 스케일까지와 같이 입자(또는 다수의 입자들)보다 큰 길이 스케일에 대한 화학적 불균질성이다.The heterogeneous distribution of alloying elements on the length scale of the crystal is known as microsegregation. In contrast, macrosegregation is chemical heterogeneity on length scales larger than a particle (or multiple particles), such as up to the length scale of a meter.

7xxx 시리즈 합금과 같은 특정 알루미늄 합금은 특히 주조하기 어려울 수 있다. 7xxx 시리즈 합금은 일반적으로 아연, 마그네슘, 구리, 크롬, 지르코늄 및 기타 합금 요소들 중 하나 이상의 조합과 같은 수많은 합금 요소들을 포함한다. 7xxx 시리즈 합금을 주조할 때 그리고 그 직후에, 큰 내부 응력(예를 들어, 압축 및 때로는 인장 응력)이 축적되어 주조 물품이 균열되기 쉽게 만들 수 있다. 아연과 같은 이러한 유형의 합금에 사용되는 특정 합금 원소는 알루미늄과 훨씬 다른 속도로 수축 및 팽창한다. 특히, 아연은 알루미늄보다 훨씬 더 많이 수축하고 팽창한다. 따라서 유사한 온도(예를 들어, 600°C)에서 아연과 알루미늄의 동일한 부피는 냉각될 때(예를 들어, 응고의 최종 단계에서) 아연과 알루미늄의 부피가 각각 다를 수 있다. 합금 요소와 알루미늄 사이의 이러한 다양한 팽창 및 수축 속도는 7xxx 시리즈 합금으로 주조된 물품 내에서 큰 내부력 및 따라서 응력의 원인이 될 수 있다.Certain aluminum alloys, such as the 7xxx series alloys, can be particularly difficult to cast. 7xxx series alloys typically contain numerous alloying elements such as combinations of one or more of zinc, magnesium, copper, chromium, zirconium and other alloying elements. When and immediately after casting 7xxx series alloys, large internal stresses (e.g., compressive and sometimes tensile) can build up, making the cast article susceptible to cracking. Certain alloying elements used in these types of alloys, such as zinc, contract and expand at much different rates than aluminum. In particular, zinc contracts and expands much more than aluminum. Therefore, the same volume of zinc and aluminum at a similar temperature (e.g., 600°C) may have different volumes of zinc and aluminum when cooled (e.g., in the final stage of solidification). These varying rates of expansion and contraction between the alloy elements and the aluminum can cause large internal forces and therefore stresses within articles cast from 7xxx series alloys.

또한 7xxx 시리즈 합금은 용해된 수소가 가스의 미세 기포로 응고된 용융 합금에서 거부되어 발생하는 다공성 문제에 매우 취약하다. 가스 기포로 인한 공극은 종종 균열 시작 부위이며 상당한 균열을 유발할 수 있다. 또한 7xxx 시리즈 합금은 용융 금속이 응고될 때 수축률의 차이가 적어도 부분적으로 발생하기 때문에 수축 다공성에 매우 취약할 수 있다.Additionally, 7xxx series alloys are very susceptible to porosity problems that occur when dissolved hydrogen is rejected from the molten alloy, solidifying into microbubbles of gas. Voids due to gas bubbles are often crack initiation sites and can cause significant cracking. Additionally, 7xxx series alloys can be very susceptible to shrinkage porosity due, at least in part, to differences in shrinkage rates as the molten metal solidifies.

전통적인 생산 환경에서, 응고 중 큰 내부 응력은 주조 물품에 고온 균열 또는 저온 균열을 일으켜, 물품을 추가 생산에 적합하지 않게 만들 수 있다. 7xxx 시리즈 합금의 경우, 기존 생산 환경에서는 6xxx 시리즈 합금과 같이 더 쉽게 주조되는 다른 제품에 비해 전체 잉곳(ingot) 손실이 증가한다.In traditional production environments, large internal stresses during solidification can cause hot or cold cracking in cast articles, making the articles unsuitable for further production. For 7xxx series alloys, overall ingot loss increases in conventional production environments compared to other more easily cast products such as 6xxx series alloys.

또한, 7xxx 시리즈 합금 주조 물품은 주조 후 응력을 감소시키면서 원하는 석출물(precipitate)을 갖는 원하는 내부 구조를 달성하기 위해 주조 후 지속되는 균질화 단계에 의존할 수 있다. 균질화를 사용하여 주조 후 미세편석을 줄일 수 있다. 일부 경우에는, 7xxx 시리즈 합금 주조 물품을 더 작은 게이지로 열간 압연하고 용액화한 다음 에이징할 수 있다. 일부 경우에는, 더 바람직한 미세구조를 얻기 위해 장기간의 에이징 및 추가 처리(예를 들어, 용체화 또는 재결정화)를 사용할 수 있지만, 이러한 기술에는 상당한 장비와 상당한 시간, 자원 및 에너지 지출이 필요하다.Additionally, 7xxx series alloy cast articles may rely on a homogenization step continued after casting to achieve the desired internal structure with desired precipitates while reducing post-cast stresses. Homogenization can be used to reduce microsegregation after casting. In some cases, 7xxx series alloy cast articles can be hot rolled to smaller gauges, solutionized, and then aged. In some cases, prolonged aging and additional processing (e.g., solutionizing or recrystallization) can be used to obtain a more desirable microstructure, but these techniques require significant equipment and a significant expenditure of time, resources, and energy.

용어 실시예 및 이와 유사한 용어는 본 개시내용 및 하기 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 진술은 본 명세서에 설명된 주제를 제한하거나 아래 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 다루는 본 개시의 실시예들은 이 요약이 아니라 아래의 청구범위에 의해 정의된다. 이 요약은 본 개시의 다양한 양태의 상위 레벨 개요이며 아래의 상세한 설명 섹션에서 추가로 설명되는 개념 중 일부를 소개한다. 이 요약은 청구된 주제의 핵심 또는 필수 피쳐를 식별하기 위한 것이 아니며 청구된 주제의 범위를 결정하기 위해 별도로 사용하려는 것도 아니다. 주제는 본 개시의 전체 명세서, 임의의 또는 모든 도면 및 각 청구범위의 적절한 부분을 참조하여 이해되어야 한다.The terms examples and similar terms are intended to refer broadly to all subject matter of this disclosure and the following claims. Statements containing these terms should not be construed as limiting the subject matter described herein or limiting the meaning or scope of the claims below. Embodiments of the disclosure covered herein are defined by the claims below and not by this summary. This summary is a high-level overview of various aspects of the disclosure and introduces some of the concepts that are further described in the Detailed Description section below. This summary is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, nor is it intended to be used separately to determine the scope of the claimed subject matter. The subject matter should be understood by reference to the entire specification of this disclosure, any or all drawings, and each claim, as appropriate.

본 개시내용의 실시예는 주조 방법을 포함하며, 상기 방법은: 용융 금속을 금형에 공급하고 외부 고체 쉘 및 내부 용융 코어를 포함하는 배아 잉곳을 형성하는 단계; 주조 주형에 추가적인 용융 금속을 공급하면서 주조 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 상기 배아 잉곳을 전진시키는 단계; 액체 냉각제의 공급을 외부 고체 쉘의 외부 표면으로 향하게 하여 주조 금형과 과도 위치 사이의 배아 잉곳으로부터 열을 추출하는 단계; 및 과도 위치에서 배아 잉곳의 외부 고체 쉘의 적어도 일부가 분산질을 침전시키기에 적합하고 용용 금속의 균질화 온도보다 낮은 온도(예를 들어, 재가열 온도)에 도달하도록 과도 위치에서 배아 잉곳을 재가열하는 단계를 포함하고 여기서 과도 위치는 전진 방향에 수직이고 내부 용융 코어와 교차하는 평면에 있다.Embodiments of the present disclosure include a casting method comprising: feeding molten metal into a mold and forming an embryo ingot comprising an outer solid shell and an inner molten core; advancing the embryo ingot in an advance direction away from the casting mold while supplying additional molten metal to the casting mold; directing a supply of liquid coolant to the outer surface of the outer solid shell to extract heat from the embryo ingot between the casting mold and the transient location; and reheating the embryo ingot at the transient position such that at least a portion of the outer solid shell of the embryo ingot at the transient position reaches a temperature (e.g., a reheat temperature) suitable for precipitating the dispersoid and lower than the homogenization temperature of the molten metal. where the transient position is in a plane perpendicular to the advancing direction and intersecting the inner molten core.

일부 경우에, 섭씨와 같은 재가열 온도는 섭씨와 같은 용융 금속의 균질화 온도의 80% 및 98% 사이이다. 일부 경우에, 섭씨와 같은 온도는 섭씨와 같은 용융 금속의 균질화 온도의 85%와 90% 사이이다. 선택적으로, 섭씨 온도는 용융 금속의 섭씨 균질화 온도의 80% 내지 95%, 80% 내지 90%, 80% 내지 85%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97% 또는 98%이다. 일부 경우에는, 온도는 400°C 및 460°C 사이이다. 일부 경우에는, 온도는 410°C 및 420°C 사이이다. 선택적으로, 온도는 400°C 내지 410°C, 400°C 내지 420°C, 400°C 내지 430°C, 400°C 내지 440°C, 400°C 내지 450°C, 400°C 내지 460°C, 410°C 내지 420°C, 410°C 내지 430°C, 410°C 내지 440°C, 410°C 내지 450°C, 410°C 내지 460°C, 420°C 내지 430°C, 420°C 내지 440°C, 420°C 내지 450°C, 420°C 내지 460°C, 430°C 내지 440°C, 430°C 내지 450°C, 430°C 내지 460°C, 440°C 내지 450°C, 440°C 내지 460°C 또는 450°C 내지 460°C이다. 일부 경우에, 방법은 적어도 3시간, 예를 들어, 3시간 내지 4시간, 3시간 내지 5시간, 3시간 내지 6시간, 3시간 내지 7시간, 3시간 내지 8시간, 3시간 내지 9시간, 3시간 내지 10시간, 4시간 내지 5시간, 4시간 내지 6시간, 4시간 내지 7시간, 4시간 내지 8시간, 4시간 내지 9시간, 4시간 내지 10시간, 5시간 내지 6시간, 5시간 내지 7시간, 5시간 내지 8시간, 5시간 내지 9시간, 5시간 내지 10시간, 6시간 내지 7시간, 6시간 내지 8시간, 6시간 내지 9시간, 6시간 내지 10시간, 7시간 내지 8시간, 7시간 내지 9시간, 7시간 내지 10시간, 8시간 내지 9시간, 8시간 내지 10시간, 9시간 내지 10시간 또는 그 이상 동안 외부 고체 쉘의 일부에서 온도를 유지하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 배아 잉곳을 재가열하는 단계는 외부 고체 쉘의 외부 표면에서 액체 냉각제를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 배아 잉곳을 재가열하는 단계는 내부 용융 코어로부터의 잠열을 보충하기 위해 외부 고체 쉘의 외부 표면에 열을 가하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계; 및 온도 측정에 기초하여 과도 위치를 동적으로 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 내부 용융 코어와 외부 고체 쉘 사이의 계면에 인접한 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고, 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계는 온도 측정에 기초하여 교반 강도를 동적으로 조정하는 단계를 포함한다. 일부 경우에는 평면이 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 외부 표면에서 평면 내의 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 약 1/3을 차지하는 단면에서 배아 잉곳과 교차하도록 과도 위치가 선택된다. 일부 경우에는 평면이 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 외부 표면에서 평면 내의 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 50% 이하를 차지하는 단면에서 배아 잉곳과 교차하도록 과도 위치가 선택된다. 일부 경우에는, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다. 일부 경우에, 재가열된 부분은 중앙에 액체를 포함하는 금속 평면을 포함하고, 재가열 구역은 표면에 인접한 잉곳의 주변 주위에서 침전물을 성장시킨다.In some cases, the reheat temperature, in degrees Celsius, is between 80% and 98% of the homogenization temperature, in degrees Celsius, of the molten metal. In some cases, the temperature in degrees Celsius is between 85% and 90% of the homogenization temperature of the molten metal in degrees Celsius. Optionally, the temperature in degrees Celsius is 80% to 95%, 80% to 90%, 80% to 85%, 80%, 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86% of the homogenization temperature in degrees Celsius of the molten metal. %, 87%, 88%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, or 98%. In some cases, the temperature is between 400°C and 460°C. In some cases, the temperature is between 410°C and 420°C. Optionally, the temperature is 400°C to 410°C, 400°C to 420°C, 400°C to 430°C, 400°C to 440°C, 400°C to 450°C, 400°C to 460°C. °C, 410°C to 420°C, 410°C to 430°C, 410°C to 440°C, 410°C to 450°C, 410°C to 460°C, 420°C to 430°C , 420°C to 440°C, 420°C to 450°C, 420°C to 460°C, 430°C to 440°C, 430°C to 450°C, 430°C to 460°C, 440 °C to 450°C, 440°C to 460°C, or 450°C to 460°C. In some cases, the method is performed for at least 3 hours, such as 3 hours to 4 hours, 3 hours to 5 hours, 3 hours to 6 hours, 3 hours to 7 hours, 3 hours to 8 hours, 3 hours to 9 hours, 3 hours to 10 hours, 4 hours to 5 hours, 4 hours to 6 hours, 4 hours to 7 hours, 4 hours to 8 hours, 4 hours to 9 hours, 4 hours to 10 hours, 5 hours to 6 hours, 5 hours to 7 hours, 5 hours to 8 hours, 5 hours to 9 hours, 5 hours to 10 hours, 6 hours to 7 hours, 6 hours to 8 hours, 6 hours to 9 hours, 6 hours to 10 hours, 7 hours to 8 maintaining the temperature in the portion of the outer solid shell for a period of time, 7 hours to 9 hours, 7 hours to 10 hours, 8 hours to 9 hours, 8 hours to 10 hours, 9 hours to 10 hours, or longer. . In some cases, reheating the embryo ingot includes removing liquid coolant from the outer surface of the outer solid shell. In some cases, reheating the embryo ingot further includes applying heat to the outer surface of the outer solid shell to replenish latent heat from the inner molten core. In some cases, the method includes performing temperature measurements of the embryo ingot; and dynamically adjusting the transient location based on the temperature measurement. In some cases, the method further includes inducing agitation in the inner molten core adjacent the interface between the inner molten core and the outer solid shell. In some cases, the method further includes performing a temperature measurement of the embryo ingot, and inducing agitation in the internal molten core includes dynamically adjusting the agitation intensity based on the temperature measurement. In some cases, the transitional position is chosen such that the plane intersects the embryo ingot in a cross section where the outer solid shell of the embryo ingot occupies approximately one-third of a line extending from the outer surface to the center of the embryo ingot within the plane. In some cases, the transitional position is chosen such that the plane intersects the embryo ingot in a cross section where the outer solid shell of the embryo ingot occupies no more than 50% of the line extending from the outer surface to the center of the embryo ingot within the plane. In some cases, the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. In some cases, the reheated portion includes a metal plane containing liquid at its center, and the reheat zone causes deposits to grow around the perimeter of the ingot adjacent the surface.

본 개시내용의 실시예는 방법을 포함하며, 상기 방법은: 용융 금속을 금형에 공급하고 용융 금속으로부터 열을 추출하여 외부 고체 쉘을 형성함으로써 배아 잉곳을 형성하는 단계; 상기 배아 잉곳이 상기 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 전진하여 상기 금형에 추가 용융 금속이 공급됨에 따라 상기 배아 잉곳의 내부 용융 코어를 응고시키는 단계-여기서, 내부 용융 코어를 응고시키는 단계는 외부 고체 쉘을 통해 내부 용융 코어로부터 열을 추출하는 단계를 포함함-; 및 상기 내부 용융 코어와 교차하며 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 포함하고, 고강도 구역은 외부 고체 쉘의 외부 표면과 내부 용융 코어 사이에 위치하며, 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하여 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함한다.Embodiments of the present disclosure include a method comprising: forming an embryo ingot by feeding molten metal into a mold and extracting heat from the molten metal to form an outer solid shell; solidifying the inner molten core of the embryo ingot as the embryo ingot advances in a forward direction away from the mold, supplying additional molten metal to the mold, wherein solidifying the inner molten core occurs through the outer solid shell. comprising extracting heat from the internal molten core; and continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot perpendicular to the advancing direction and intersecting the inner molten core, wherein the high-strength zone is between the outer surface of the outer solid shell and the inner molten core. The step of forming the high-strength zone includes reheating the outer solid shell in the cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.

일부 경우에, 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 외부 고체 쉘의 일부를 분산질을 침전시키기에 적합한 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 온도는 상기 용융 금속의 균질화 온도보다 낮다. 일부 경우에, 예를 들어 섭씨의 온도는 예를 들어 섭씨의 용융 금속의 균질화 온도의 80% 및 98% 사이이다. 일부 경우에, 예를 들어 섭씨의 온도는 예를 들어 섭씨의 용융 금속의 균질화 온도의 85% 및 90% 사이이다. 일부 경우에는, 온도가 300°C 및 460°C 사이, 예를 들어 400°C 및 460°C 사이이다. 일부 경우에는, 온도가 410°C 및 420°C 사이이다. 일부 경우에는, 400°C 내지 460°C 및 410°C 내지 420°C의 온도 범위가 7xxx 시리즈 합금에 특히 적합할 수 있다. 일부 경우에는, 6xxx 시리즈 합금을 사용할 때와 같은 다른 온도 범위를 사용할 수 있다. 일부 경우에, 방법은 외부 고체 쉘 부분의 온도를 3시간 이상 또는 3시간 내지 10시간 동안 유지하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 외부 고체 쉘을 통해 내부 용융 코어로부터 열을 추출하는 단계는 외부 쉘의 외부 표면에 액체 냉각제를 공급하는 단계를 포함하고, 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 외부 고체 쉘의 외부 표면으로부터 액체 냉각제를 제거하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 내부 용융 코어로부터의 잠열을 보충하기 위해 외부 고체 쉘의 외부 표면에 열을 가하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에는, 방법은 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계; 및 온도 측정에 기초하여 금형과 단면 사이의 거리를 동적으로 조정하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 내부 용융 코어와 외부 고체 쉘 사이의 계면에 인접한 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고, 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계는 온도 측정에 기초하여 교반 강도를 동적으로 조정하는 단계를 포함한다. 일부 경우에는, 단면에서 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 배아 잉곳의 외부 표면에서 중심까지 연장되는 선의 약 1/3을 차지한다. 일부 경우에는, 단면에서 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 배아 잉곳의 외부 표면에서 중심까지 연장되는 선의 50% 이하를 차지한다. 일부 경우에는, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다. 일부 경우에는, 고강도 구역이 외부 고체 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 포함한다.In some cases, reheating the outer solid shell in cross section includes reheating a portion of the outer solid shell to a temperature suitable to precipitate the dispersoid, the temperature being less than the homogenization temperature of the molten metal. In some cases, for example in degrees Celsius, the temperature is between 80% and 98% of the homogenization temperature of the molten metal, for example in degrees Celsius. In some cases, for example in degrees Celsius, the temperature is between 85% and 90% of the homogenization temperature of the molten metal, for example in degrees Celsius. In some cases, the temperature is between 300°C and 460°C, for example between 400°C and 460°C. In some cases, the temperature is between 410°C and 420°C. In some cases, temperature ranges of 400°C to 460°C and 410°C to 420°C may be particularly suitable for 7xxx series alloys. In some cases, other temperature ranges may be used, such as when using 6xxx series alloys. In some cases, the method further includes maintaining the temperature of the outer solid shell portion for at least 3 hours or for 3 to 10 hours. In some cases, extracting heat from the inner molten core through the outer solid shell includes supplying a liquid coolant to the outer surface of the outer solid shell, and reheating the outer solid shell includes applying a liquid coolant to the outer surface of the outer solid shell. and removing the liquid coolant. In some cases, reheating the outer solid shell further includes applying heat to the outer surface of the outer solid shell to replenish latent heat from the inner molten core. In some cases, the method includes performing temperature measurements of the embryo ingot; and dynamically adjusting the distance between the mold and the cross section based on the temperature measurement. In some cases, the method further includes inducing agitation in the inner molten core adjacent the interface between the inner molten core and the outer solid shell. In some cases, the method further includes performing a temperature measurement of the embryo ingot, and inducing agitation in the internal molten core includes dynamically adjusting the agitation intensity based on the temperature measurement. In some cases, the outer solid shell of the embryo ingot in cross section occupies approximately one-third of a line extending from the outer surface of the embryo ingot to its center. In some cases, the outer solid shell of the embryo ingot in cross section accounts for less than 50% of the line extending from the outer surface of the embryo ingot to the center. In some cases, the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. In some cases, the high-strength zone contains a higher concentration of dispersoid than the remainder of the outer solid shell.

본 발명의 실시예는 알루미늄 금속 제품을 포함하며, 상기 제품은: 두 개의 단부들 및 외부 표면을 갖는 응고된 알루미늄 합금 덩어리를 포함하고, 여기서 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는: 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 중심을 포함하는 코어 영역; 외부 표면을 포함하는 외부 영역; 및 코어 영역과 외부 영역 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 여기서 고강도 구역은 코어 영역 및 외부 영역 각각보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다.Embodiments of the invention include an aluminum metal product, the product comprising: a solidified aluminum alloy lump having two ends and an outer surface, wherein the solidified aluminum alloy lump has: a core region containing the centroid; an external region comprising an external surface; and a high intensity zone disposed between the core region and the outer region, wherein the high intensity region has a higher concentration of dispersoid than each of the core region and the outer region.

일부 경우에, 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 직접 냉각 주조 공정에서 유지된 열을 포함한다. 일부 경우에는, 고강도 구역이 외부 표면에서 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 중심까지 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 단면을 따라 연장되는 선의 약 1/3 깊이에 위치한다. 일부 경우에는, 고강도 구역이 외부 표면에서 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 중심까지 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 단면을 따라 연장되는 선의 1/2 이하의 깊이에 위치한다. 일부 경우에는, 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 원통형 형상이다. 일부 경우에는, 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 주조 방향에 수직인 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 단면은 직사각형 형상이다. 일부 경우에는, 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 응고된 시리즈 7xxx 알루미늄 합금의 덩어리이다.In some cases, the solidified mass of aluminum alloy contains retained heat from the direct cool casting process. In some cases, the high-strength zone is located at a depth of about one-third of a line extending along the cross-section of the solidified aluminum alloy mass from the outer surface to the center of the solidified aluminum alloy mass. In some cases, the high strength zone is located at a depth of less than half of a line extending along the cross section of the solidified aluminum alloy mass from the outer surface to the center of the solidified aluminum alloy mass. In some cases, the solidified mass of aluminum alloy is cylindrical in shape. In some cases, the cross-section of the solidified aluminum alloy mass perpendicular to the casting direction of the solidified aluminum alloy mass is rectangular in shape. In some cases, the solidified mass of aluminum alloy is a solidified mass of series 7xxx aluminum alloy.

본 발명의 실시예는 배아 잉곳을 포함하고, 상기 배아 잉곳은: 상부 표면에서 응고 계면까지 연장되는 알루미늄 합금의 액체 용융 코어; 및 알루미늄 합금의 응고된 쉘을 포함하고, 응고된 쉘은 응고 계면으로부터 주조 방향으로 바닥 단부까지 연장되는 외부 표면을 포함하고, 응고된 쉘은 상기 액체 용융 코어의 중심과 상기 응고된 쉘의 중심을 통해 주조 방향으로 연장되는 중심선과 외부 표면 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 여기서 고강도 구역은 응고된 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다.Embodiments of the invention include an embryo ingot comprising: a liquid molten core of aluminum alloy extending from the top surface to the solidification interface; and a solidified shell of an aluminum alloy, the solidified shell comprising an outer surface extending from the solidification interface to a bottom end in the casting direction, the solidified shell having a center of the liquid molten core and a center of the solidified shell. and a high-strength zone disposed between the outer surface and a center line extending in the casting direction through the high-strength zone, wherein the high-strength zone has a higher concentration of dispersoid than the remainder of the solidified shell.

일부 경우에는, 고강도 구역이 외부 표면에서 중심선까지 연장되는 선의 약 1/3 깊이에 위치한다. 일부 경우에는, 고강도 구역이 외부 표면에서 중심선까지 연장되는 선의 1/2 이하 깊이에 위치한다. 일부 경우에는, 응고된 쉘은 원통형 형상이다. 일부 경우에는, 주조 방향에 수직인 응고된 셀의 단면은 직사각형 형상이다. 일부 경우에는, 알루미늄 합금은 시리즈 7xxx 알루미늄 합금이다. 일부 경우에는, 배아 잉곳이 앞서 언급된 방법들 중 하나에 따라 제조된다.In some cases, the high intensity zone is located approximately one-third deep in a line extending from the outer surface to the center line. In some cases, the high-intensity zone is located less than half the depth of the line extending from the outer surface to the center line. In some cases, the solidified shell is cylindrical in shape. In some cases, the cross-section of the solidified cells perpendicular to the casting direction is rectangular in shape. In some cases, the aluminum alloy is a series 7xxx aluminum alloy. In some cases, embryo ingots are prepared according to one of the previously mentioned methods.

본 개시내용의 실시예는 방법을 포함하고, 상기 방법은: 용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳의 금속 섬프로 전달하는 단계; 금속 섬프에서 열을 추출하여 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 외부 고체 쉘과 금속 섬프 사이에 위치됨-; 상기 배아 잉곳을 상기 용융 금속을 전달하고 외부 고체 쉘을 형성하는 동안 상기 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계; 주조 속도를 이용하여 교반 강도를 결정하는 단계-여기서, 교반 강도는 주조 속도에서 타겟 응고 계면 프로파일을 달성하기에 적합함-; 및 결정된 강도에서 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계를 포함하고, 용융 섬프 내에서 교반을 유도하면 응고 계면이 주조 속도에서 타겟 응고 계면 프로파일을 취하도록 유도한다.Embodiments of the present disclosure include a method comprising: transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryo ingot being cast in a mold; extracting heat from the metal sump to form an outer solid shell of solidified metal, wherein the solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump; advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming an outer solid shell; determining the agitation intensity using the casting speed, wherein the agitation intensity is appropriate to achieve the target solidification interface profile at the casting speed; and inducing agitation within the melt sump at the determined intensity, wherein inducing agitation within the melt sump causes the solidification interface to assume the target solidification interface profile at the casting speed.

일부 경우에, 교반을 유도하는 단계는 비접촉 자기 교반기를 사용하여 금속 섬프 내의 용융 금속에 교반력을 적용하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유속으로 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 교반을 유도하는 단계는 복수의 노즐들을 통한 질량 유량을 유지하면서 복수의 노즐들 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 방법은 주조 속도를 수정하는 단계; 업데이트된 주조 속도를 사용하여 업데이트된 교반 강도를 결정하는 단계-여기서, 업데이트된 교반 강도는 업데이트된 주조 속도에서 타겟 응고 프로파일을 달성하기에 적합함-; 및 업데이트된 강도로 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함하고, 업데이트된 강도에서 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 것은 업데이트된 주조 속도로 응고 계면이 타겟 응고 계면 프로파일을 취하도록 유도한다. 일부 경우에는, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다. 일부 경우에, 방법은 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 여기서 주조 속도를 사용하여 교반 강도를 결정하는 단계는 측정된 온도를 사용하는 단계를 포함한다. 일부 경우에는, 타겟 응고 계면 프로파일이 균열 위험을 최소화하기 위해 미리 결정된다. 일부 경우에, 방법은 전진 방향에 수직이고 내부 용융 코어와 교차하는 배아 잉곳의 단면에서 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 고강도 구역은 외부 고체 쉘의 외부 표면과 내부 용융 코어 사이에 위치하며, 여기서 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하여 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면으로의 함몰부를 침식시키도록 용융 금속을 금속 섬프 내로 전달하는 것을 제어하는 단계를 포함하고 함몰부는 금속 섬프의 바닥의 직경과 매칭되는 크기의 직경을 갖는다.In some cases, inducing agitation includes applying an agitation force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer. In some cases, delivering the molten metal includes delivering the molten metal at a mass flow rate through a plurality of nozzles, and inducing agitation includes delivering the molten metal at a mass flow rate through the plurality of nozzles while maintaining the mass flow rate through the plurality of nozzles. and increasing the flow rate of molten metal through at least one. In some cases, the method includes modifying the casting speed; determining an updated agitation intensity using the updated casting speed, wherein the updated agitation intensity is suitable to achieve the target solidification profile at the updated casting speed; and inducing agitation within the melt sump at the updated intensity, wherein inducing agitation within the melt sump at the updated intensity causes the solidification interface to assume the target solidification interface profile at the updated casting rate. In some cases, the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. In some cases, the method further includes measuring the temperature of the embryo ingot, wherein determining the agitation intensity using the casting speed includes using the measured temperature. In some cases, the target solidification interface profile is predetermined to minimize the risk of cracking. In some cases, the method further includes continuously forming high-strength zones within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot perpendicular to the advancing direction and intersecting the inner molten core, wherein the high-strength zones are formed on the outer surface and interior of the outer solid shell. Located between the molten cores, where forming the high strength zone includes reheating the outer solid shell in the cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell. In some cases, inducing agitation within the molten sump includes controlling delivery of the molten metal into the metal sump such that the jet of molten metal erodes a depression from the bottom of the metal sump to the solidification interface, the depression being It has a diameter that matches the diameter of the bottom of the metal sump.

본 개시내용의 실시예는 방법을 포함하고, 상기 방법은: 용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳의 금속 섬프로 전달하는 단계; 금속 섬프에서 열을 추출하여 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 외부 고체 쉘과 금속 섬프 사이에 위치됨-; 상기 용융 금속을 전달하고 외부 고체 쉘을 형성하면서 상기 배아 잉곳을 상기 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계; 및 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 침식하기에 충분한 용융 금속의 제트를 생성하기 위해 금속 섬프 내로 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함한다.Embodiments of the present disclosure include a method comprising: transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryo ingot being cast in a mold; extracting heat from the metal sump to form an outer solid shell of solidified metal, wherein the solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump; advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming an outer solid shell; and controlling the delivery of molten metal into the metal sump to produce a jet of molten metal sufficient to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump.

일부 경우에, 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 10mm 이하의 두께로 응고 계면을 침식하도록 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유속으로 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 용융 금속의 제트를 생성하는 단계는 복수의 노즐들을 통한 질량 유량을 유지하면서 복수의 노즐들 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 방법은 비접촉 자기 교반기를 사용하여 금속 섬프 내의 용융 금속에 교반력을 적용하는 단계를 더 포함한다. 일부 경우에, 방법은 주조 속도를 수정하는 단계를 더 포함하고 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 수정된 주조 속도에 기초하여 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함한다. 일부 경우에는, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다. 일부 경우에, 방법은 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 측정된 온도에 기초하여 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함한다. 일부 경우에, 방법은 전진 방향에 수직이고 금속 섬프와 교차하는 배아 잉곳의 단면에서 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 고강도 구역은 외부 고체 쉘의 외부 표면과 금속 섬프 사이에 위치하며, 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하여 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함한다.In some cases, controlling the delivery of the molten metal includes controlling the delivery of the molten metal such that the jet of molten metal erodes the solidification interface to a thickness of 10 mm or less. In some cases, delivering the molten metal includes delivering the molten metal at a mass flow rate through a plurality of nozzles, and generating a jet of molten metal includes delivering a jet of molten metal at a mass flow rate through the plurality of nozzles. and increasing the flow rate of molten metal through at least one of the nozzles. In some cases, the method further includes applying a stirring force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer. In some cases, the method further includes modifying the casting speed and controlling the delivery of molten metal based on the modified casting speed such that the jet of molten metal continues to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump. and dynamically adjusting the delivery of molten metal. In some cases, the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. In some cases, the method further includes measuring the temperature of the embryo ingot, and controlling the delivery of molten metal such that the jet of molten metal continues to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump. and dynamically adjusting the delivery of molten metal based on. In some cases, the method further includes continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot perpendicular to the advancing direction and intersecting the metal sump, the high-strength zone being between the outer surface of the outer solid shell and the metal sump. Located in between, forming the high-strength zone includes reheating the outer solid shell in the cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.

본 발명의 실시예는 배아 잉곳을 포함하고, 배아 잉곳은: 응고 계면에서 주조 방향으로 바닥 단부까지 연장되는 알루미늄 합금의 응고된 쉘; 및 상부 표면에서 응고 계면까지 연장되는 알루미늄 합금의 액체 용융 코어를 포함하고, 액체 용융 코어는 액체 용융 코어의 바닥에서 응고 계면에 충돌하여 응고 계면에 함몰부를 형성하는 알루미늄 합금의 제트를 포함한다.Embodiments of the present invention include an embryo ingot, the embryo ingot comprising: a solidified shell of aluminum alloy extending from the solidification interface to the bottom end in the casting direction; and a liquid molten core of aluminum alloy extending from the top surface to the solidification interface, the liquid molten core comprising a jet of aluminum alloy that impinges on the solidification interface at the bottom of the liquid molten core and forms a depression in the solidification interface.

일부 경우에는, 액체 용융 코어가 응고 계면에서 재현탁된 입자를 포함한다. 일부 경우에, 액체 용융 코어는 응고 계면에서 재현탁된 수소를 포함한다. 일부 경우에, 응고된 쉘은 응고된 쉘의 외부 표면과 액체 용융 코어의 중심 및 응고된 쉘의 중심을 통해 주조 방향으로 연장되는 중심선 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 여기서 고강도 구역은 응고된 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다. 일부 경우에는 알루미늄 합금이 시리즈 7xxx 알루미늄 합금이다.In some cases, the liquid melt core contains particles resuspended at the solidification interface. In some cases, the liquid molten core contains hydrogen resuspended at the solidification interface. In some cases, the solidified shell includes a high-strength zone disposed between the outer surface of the solidified shell and the center of the liquid molten core and a centerline extending in the casting direction through the center of the solidified shell, wherein the high-strength zone is a portion of the solidified shell. It has a higher concentration of dispersoids than the rest of the shell. In some cases, the aluminum alloy is series 7xxx aluminum alloy.

본 개시내용의 실시양태는 상기 기재된 임의의 방법에 따라 제조된 알루미늄 금속 제품을 포함한다.Embodiments of the present disclosure include aluminum metal products made according to any of the methods described above.

다른 목적 및 이점은 비제한적인 예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 명백할 것이다.Other objects and advantages will become apparent from the following detailed description of non-limiting examples.

본 명세서는 다음의 첨부된 도면을 참조하며, 다른 도면에서 유사한 참조 번호의 사용은 동일하거나 유사한 구성요소를 예시하기 위한 것이다.
도 1은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 인시튜(in-situ) 분산질 침전(dispersoid precipitation)을 위한 금속 주조 시스템의 부분 절개도이다.
도 2는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 섬프 깊이 제어를 갖는 현장 분산질 침전을 위한 금속 주조 시스템의 부분 절개도이다.
도 3은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 흐름 제어식 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템의 부분 절개도이다.
도 4는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 다중 공급 튜브를 사용한 흐름 제어식 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템의 부분 절단도이다.
도 5는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 자기 교반기를 갖는 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템의 부분 절개도이다.
도 6은 강한 교반 없이 용융 섬프의 바닥의 확대 개략도이다.
도 7은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 강한 교반을 겪는 용융 섬프의 바닥의 확대 개략도이다.
도 8은 본 개시내용의 특정 측면에 따른 인시튜 분산질 침전을 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 9는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 직접 냉각 주조 잉곳에서 침전된 분산질의 고강도 구역을 생성하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 10은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 고강도 구역을 도시하는 잉곳의 개략적인 횡단면 입면도이다.
도 11은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 고강도 구역을 도시하는 잉곳의 개략적인 횡단면 평면도이다.
도 12는 본 개시내용의 특정 양태에 따라 강하게 교반된 직접 냉각 주조 잉곳을 제조하기 위한 공정을 도시하는 흐름도이다.
도 13a 및 도 13b는 샘플링 위치들의 배치들을 나타내는 7xxx 시리즈 잉곳의 단면의 개략도를 제공한다.
도 14는 다양한 샘플링 위치들에서 기준 잉곳의 조성을 나타내는 데이터를 제공한다.
도 15는 다양한 샘플링 위치들에서 제1 샘플 잉곳의 조성을 나타내는 데이터를 제공한다.
도 16은 다양한 샘플링 위치들에서 제1 비교 샘플 잉곳의 조성을 나타내는 데이터를 제공한다.
도 17은 다양한 샘플링 위치들에서 기준 잉곳의 다공성을 나타내는 데이터를 제공한다.
도 18은 다양한 샘플링 위치들에서 제1 샘플 잉곳의 다공성을 나타내는 데이터를 제공한다.
도 19는 제2 샘플 잉곳으로부터 제조된 시트 금속의 기계적 속성을 보여주는 데이터를 제공한다.
This specification refers to the following accompanying drawings, wherein the use of like reference numerals in the different drawings is intended to illustrate identical or similar elements.
1 is a partial cutaway view of a metal casting system for in-situ dispersoid precipitation according to certain aspects of the disclosure.
2 is a partial cutaway view of a metal casting system for in situ dispersoid precipitation with sump depth control in accordance with certain aspects of the present disclosure.
3 is a partial cutaway view of a metal casting system for controlled flow vigorous agitation in accordance with certain aspects of the present disclosure.
4 is a partial cutaway view of a metal casting system for controlled flow vigorous agitation using multiple feed tubes in accordance with certain aspects of the present disclosure.
FIG. 5 is a partial cutaway view of a metal casting system for vigorous agitation with a magnetic stirrer in accordance with certain aspects of the present disclosure.
Figure 6 is an enlarged schematic view of the bottom of a melt sump without strong agitation.
FIG. 7 is an enlarged schematic diagram of the bottom of a melt sump undergoing intense agitation according to certain aspects of the present disclosure.
8 is a flow diagram illustrating a process for in situ dispersoid precipitation according to certain aspects of the present disclosure.
9 is a flow diagram illustrating a process for creating a high-strength zone of precipitated dispersoid in a direct cool cast ingot according to certain aspects of the present disclosure.
10 is a schematic cross-sectional elevation view of an ingot illustrating high-strength zones according to certain aspects of the disclosure.
11 is a schematic cross-sectional plan view of an ingot illustrating high-strength zones according to certain aspects of the present disclosure.
FIG. 12 is a flow diagram illustrating a process for making strongly agitated direct cool casting ingots in accordance with certain aspects of the present disclosure.
Figures 13A and 13B provide schematic diagrams of a cross section of a 7xxx series ingot showing arrangements of sampling locations.
Figure 14 provides data representing the composition of a reference ingot at various sampling locations.
Figure 15 provides data representing the composition of the first sample ingot at various sampling locations.
Figure 16 provides data representing the composition of a first comparative sample ingot at various sampling locations.
Figure 17 provides data representing the porosity of a reference ingot at various sampling locations.
Figure 18 provides data representing the porosity of a first sample ingot at various sampling locations.
Figure 19 provides data showing the mechanical properties of sheet metal produced from a second sample ingot.

본 발명의 특정 양태 및 피쳐는 7xxx 시리즈 합금과 같은 특정 합금의 직접 냉각 주조 잉곳의 균열 민감성(susceptibility)을 감소시키는 것에 관한 것이다. 7xxx 시리즈 합금의 직접 냉각 주조 중 응고 전면을 따라 격렬한 교반의 공정 제어 및 주조 속도의 조정은 잉곳의 균열 민감성을 감소시킬 수 있다. 강한 교반은 응고 전면(예를 들어, 약 >0% 내지 <100% 고체 금속의 영역, "머쉬 구역(mushy zone)"으로 알려짐)의 두께를 감소시키고, 응고 전면에서 거부된 수소 가스의 응집을 촉진하고, 응고 전면에서 거부된 불순물을 제거하고 입자 크기를 개선한다. 강한 교반은 응고 전면의 두께를 증가시킬 위험 없이 더 빠른 주조 속도를 허용할 수 있다. 분산질 형성을 촉진하기 위한 주조 중 선택적 재가열은 잉곳의 외부 주변에 분산질 강화 응고 금속의 보호 구역을 생성할 수 있으며, 이는 균열에 대한 잉곳의 민감성을 더욱 감소시킬 수 있다.Certain aspects and features of the present invention relate to reducing the cracking susceptibility of direct cool cast ingots of certain alloys, such as 7xxx series alloys. During direct cooling casting of 7xxx series alloys, process control of vigorous agitation along the solidification front and adjustment of casting speed can reduce the cracking susceptibility of the ingot. Strong agitation reduces the thickness of the solidification front (e.g., a region of about >0% to <100% solid metal, known as the “mushy zone”) and promotes agglomeration of hydrogen gas rejected at the solidification front. Promotes, removes rejected impurities at the coagulation front and improves particle size. Strong agitation can allow faster casting speeds without the risk of increasing the thickness of the solidification front. Selective reheating during casting to promote dispersoid formation can create a protective zone of dispersoid-enhanced solidified metal around the exterior of the ingot, which can further reduce the ingot's susceptibility to cracking.

직접 냉각(DC) 주조에서 용융 금속은 펄스 또는 이동하는 바닥을 갖는 금형 공동으로 전달된다. 용융 금속이 금형 공동에 들어갈 때 일반적으로 상부로부터 용융 금속의 흐름 속도와 관련된 속도로 펄스 바닥이 낮아진다. 측면 근처에서 응고된 용융 금속은 용융 섬프에 액체 및 부분적으로 액체 금속을 유지하는 데 사용될 수 있다. 금속은 99.9% 고체(예를 들어, 완전 고체), 100% 액체 및 그 사이의 어느 위치에 있을 수 있다. 용융 섬프는 용융 금속이 냉각됨에 따라 고체 영역의 두께가 증가하기 때문에 V자형, U자형 또는 W자형을 취할 수 있다. 고체와 액체 금속 사이의 계면은 때때로 응고 계면 또는 응고 전면이라고 한다. DC 주조 공정에서 생성된 금속 물품을 잉곳이라고 할 수 있다. 잉곳은 원형 또는 비대칭과 같은 다른 단면이 사용될 수 있지만, 일반적으로 직사각형 단면을 가질 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 잉곳은 적절하게는 빌릿(billet)을 포함하는 임의의 DC 주조 금속 제품을 포함할 수 있다.In direct cooling (DC) casting, molten metal is delivered into a mold cavity with a pulsed or moving bottom. As molten metal enters the mold cavity, the bottom of the pulse is lowered, typically at a rate related to the flow rate of molten metal from the top. Molten metal that has solidified near the sides can be used to retain liquid and partially liquid metal in the melt sump. Metals can be 99.9% solid (e.g., completely solid), 100% liquid, and anywhere in between. The molten sump may take on a V-shape, U-shape, or W-shape because the thickness of the solid region increases as the molten metal cools. The interface between solid and liquid metal is sometimes called the solidification interface or solidification front. Metal articles produced in the DC casting process can be referred to as ingots. The ingot may generally have a rectangular cross-section, although other cross-sections such as circular or asymmetric may be used. As used herein, the term ingot may include any DC cast metal product, suitably including a billet.

위에서 설명된 바와 같이 금속이 응고 전면에서 응고됨에 따라, 특정 불순물과 가스가 용액에서 거부되어 응고 금속 내에 갇힐 수 있다. 수소와 같은 가스는 기포를 형성하여 응고된 금속에 공극을 생성할 수 있으며, 이는 일반적으로 잉곳의 다공성(porosity)으로 알려져 있다. 또한, 응고 계면에서 불순물이 거부되면 잉곳 전체에 불순물이 고르지 않게 분포될 수 있다.As the metal solidifies at the solidification front as described above, certain impurities and gases may be rejected from solution and become trapped within the solidified metal. Gases such as hydrogen can form bubbles, creating voids in the solidified metal, commonly known as ingot porosity. Additionally, if impurities are rejected at the solidification interface, they may be unevenly distributed throughout the ingot.

본 개시내용의 특정 양태는 용융 섬프를 교반하는 것을 포함한다. 이러한 교반은 접촉 교반기, 비접촉 교반기의 사용 또는 액체 금속이 섬프에 들어가는 방식의 조정과 같은 다양한 방법으로 달성될 수 있다. 접촉 교반기는 적어도 불순물과 산화물의 위험 때문에 알루미늄 합금과 함께 사용하는 것이 바람직하지 않은 경우가 많다. 비접촉 교반기는 용융 금속에서 움직임을 유도하도록 설계된 전자석 및 영구 자석 시스템을 포함할 수 있다. 일부 경우에는 액체 금속이 섬프의 바닥까지 침투하기에 충분히 강력한 제트와 같은 액체 금속의 강력한 제트로서 액체 금속을 제공하는 것과 같이 액체 금속이 섬프에 들어가는 방식을 조정하여 용융 섬프를 교반할 수 있다. 액체 금속 제트는 액체 금속이 제공되는 압력을 증가시키거나, 금속이 제공되는 노즐의 직경을 조정함으로써, 또는 새로 추가된 액체 금속에 의해 생성된 제트에 기존 용융 섬프를 주입하는 데 사용되는 이덕터 노즐(eductor nozzle)과 같은 다른 기술을 통해 달성될 수 있다.Certain aspects of the disclosure include agitating the melt sump. This agitation can be achieved in a variety of ways, such as using a contact stirrer, non-contact stirrer, or adjusting the way the liquid metal enters the sump. Contact stirrers are often undesirable for use with aluminum alloys, not least because of the risk of impurities and oxides. Non-contact stirrers may include electromagnets and permanent magnet systems designed to induce movement in the molten metal. In some cases, it is possible to agitate the molten sump by adjusting the way the liquid metal enters the sump, such as providing the liquid metal with a powerful jet of liquid metal, such as a jet powerful enough to penetrate to the bottom of the sump. Liquid metal jets are created by increasing the pressure at which the liquid metal is delivered, adjusting the diameter of the nozzle through which the metal is delivered, or an eductor nozzle used to inject an existing melt sump into the jet created by the newly added liquid metal. This can be achieved through other techniques, such as an eductor nozzle.

용융 섬프에서의 강한 교반은 응고 전면을 따라 교반을 제공하는 데 사용될 수 있다. 이러한 교반은 응고 전면 영역에서 형성되는 금속 결정 또는 그 일부, 불순물, 가스 또는 액체 금속의 일부를 세척할 수 있다. 형성되는 금속 결정(예를 들어, 자유 이동 입자)의 세척은 형성되는 결정 또는 이의 부서진 부분이 용융 섬프에 재현탁되고 추가 핵 생성 사이트로 작용할 수 있기 때문에 더 미세하고 균일한 입자 크기를 달성하는 데 도움이 될 수 있다. 또한, 충분한 강도의 교반은 용융 섬프의 벌크 액체 온도를 낮추어, 정제된 구형 입자의 생성을 위한 적절한 환경을 생성할 수 있다. 이 정제된 구형 미세 구조는 DC 주조 잉곳에서 발견되는 일반적인 미세 구조보다 강한다. 강한 교반과 같은 본 발명의 특정 양태를 사용하여 주조된 잉곳은 더 높은 항복 강도(yield strength)를 가질 수 있고 강한 교반 없이 주조된 잉곳보다 저온 균열에 덜 민감할 수 있다.Vigorous agitation in the melt sump can be used to provide agitation along the solidification front. This agitation can wash away any of the metal crystals or portions thereof, impurities, gases or liquid metals that form in the solidification front area. Washing of the forming metal crystals (e.g., free-moving particles) is helpful in achieving a finer, more uniform particle size because the forming crystals or their broken parts can be resuspended in the melt sump and act as additional nucleation sites. It can be helpful. Additionally, agitation of sufficient intensity can lower the bulk liquid temperature in the melt sump, creating an appropriate environment for the production of purified spherical particles. This refined spherical microstructure is stronger than the typical microstructure found in DC cast ingots. Ingots cast using certain aspects of the invention, such as vigorous agitation, may have higher yield strengths and may be less susceptible to cold cracking than ingots cast without vigorous agitation.

응고 전면에서 불순물을 세척하는 것은 더 낮은 거대편석(예를 들어, 더 낮은 거대편석도)을 달성하는 데 도움이 될 수 있으며, 따라서 증가된 균질성이 달성될 수 있다. 교반을 통해 달성된 이러한 더 낮은 거대편석은 잉곳 내에서 바람직한 보호 구역을 달성하는 데 유리할 수 있다. 본 명세서에 더 자세히 설명된 바와 같이, 보호 구역은 주조되는 잉곳의 외부의 응고된 부분을 재가열함으로써 설정될 수 있다. 재가열은 잉곳 내에 미세한 분산질의 형성을 촉진할 수 있으며, 이는 응고된 금속을 유리하게 강화할 수 있어 잉곳의 균열에 대한 민감성을 최소화할 수 있다. 이러한 미세 분산질은 직경이 약 30nm일 수 있지만, 다른 크기가 지정될 수 있다. 일부 경우에, 이러한 미세 분산질은 직경이 대략 10 내지 50nm, 20 내지 40nm 또는 25 내지 35nm일 수 있다.Washing away impurities from the solidification front can help achieve lower macrosegregation (e.g., lower macrosegregation degree) and thus increased homogeneity can be achieved. This lower macrosegregation achieved through agitation can be advantageous in achieving desirable protection zones within the ingot. As explained in more detail herein, the protection zone can be established by reheating the external solidified portion of the ingot being cast. Reheating can promote the formation of fine dispersoids within the ingot, which can advantageously strengthen the solidified metal and minimize the susceptibility of the ingot to cracking. These microdispersoids may be approximately 30 nm in diameter, but may be assigned other sizes. In some cases, these microdispersoids may be approximately 10 to 50 nm, 20 to 40 nm, or 25 to 35 nm in diameter.

예기치 않게 용융 섬프 내에서 강한 교반이 주조 잉곳의 다공성을 감소 또는 최소화할 수 있음이 밝혀졌다. 강한 교반은 거부된 수소를 응고 계면에서 씻어내어 용융 섬프의 나머지 부분에 이를 다시 현탁시킬 수 있다. 재현탁된 수소는 다른 수소와 덩어리질 수 있어, 가스가 용융 섬프 표면으로 전파되어 남아 있거나 용융 섬프에서 배출된다. 따라서, 거부된 수소가 그렇지 않으면 주조 제품에서 바람직하지 않은 다공성을 초래했을 경우, 강한 교반의 사용은 주조 제품의 다공성을 감소 또는 최소화하는 것으로 밝혀졌다.It was unexpectedly found that strong agitation within the melt sump can reduce or minimize the porosity of the cast ingot. Strong agitation can wash rejected hydrogen away from the solidification interface and resuspend it in the remainder of the melt sump. The resuspended hydrogen may clump with other hydrogen, causing the gas to propagate to the melt sump surface and remain there or to escape from the melt sump. Accordingly, the use of vigorous agitation has been found to reduce or minimize the porosity of the cast product when the rejected hydrogen would otherwise have resulted in undesirable porosity in the cast product.

용융 금속에 불순물과 용존 가스가 존재하면 주조 시 문제가 될 수 있으므로, 전통적인 주조 기술은 일반적으로 액체 금속에서 불순물을 걸러내고 액체 금속에 용해된 가스(예를 들어, 수소)의 양을 줄이기 위해 상당한 상류 준비(upstream preparation)에 의존한다. 본 개시내용의 특정 양태를 사용하여, 불순물을 걸러내고 및/또는 용해된 가스를 제거하기 위한 이러한 유형의 상류 준비는 상당히 감소되거나 제거될 수 있다.Because the presence of impurities and dissolved gases in the molten metal can be problematic during casting, traditional casting techniques typically require considerable effort to filter out impurities from the liquid metal and reduce the amount of gases (e.g., hydrogen) dissolved in the liquid metal. Depends on upstream preparation. Using certain aspects of the present disclosure, this type of upstream preparation to filter out impurities and/or remove dissolved gases can be significantly reduced or eliminated.

응고 전면의 적절한 제어는 특히 7xxx 시리즈 합금과 같은 어려운 합금을 사용할 때 성공적인 주조를 달성하는 데 중요할 수 있다. 기존의 DC 주조에서는 주조 속도를 사용하여 응고 전면을 제어할 수 있다. 주조 속도의 증가는 응고 전면을 두껍게 할 수 있으며, 반면 주조 속도의 감소는 응고 전면을 좁힐 수 있다. 응고 전면이 너무 두꺼우면 용융 금속이 응고 전면의 응고 영역을 통해 완전히 스며들지 않아 수축 다공성 및 공극이 발생할 수 있다. 응고 전면이 너무 얇으면 수축 관련 응력과 같은 내부 응력으로 인해 입자들 사이에 틈 또는 균열이 형성되는 고온 균열이 발생할 수 있다. 따라서 수축 다공성에 대한 민감성과 고온 균열에 대한 민감성 사이에는 종종 절충안(tradeoff)이 있으며, 이는 주조 속도를 정의하거나 제한할 수 있다. 7xxx 시리즈 합금과 같이 특히 열간 균열이 발생하기 쉬운 특정 합금에서 이 절충안은 사용 가능한 주조 속도를 효과적으로 제한하므로 효과적인 최대값을 하루에 주조할 수 있는 잉곳 수로 설정한다.Proper control of the solidification front can be critical to achieving successful casting, especially when using difficult alloys such as the 7xxx series alloys. In conventional DC casting, casting speed can be used to control the solidification front. Increasing casting speed can thicken the solidification front, while decreasing casting speed can narrow the solidification front. If the solidification front is too thick, the molten metal may not fully penetrate through the solidification zone of the solidification front, resulting in shrinkage porosity and voids. If the solidification front is too thin, internal stresses, such as shrinkage-related stresses, can cause hot cracking, where gaps or cracks form between particles. There is therefore often a tradeoff between susceptibility to shrinkage porosity and susceptibility to hot cracking, which can define or limit the casting speed. In certain alloys that are particularly prone to hot cracking, such as the 7xxx series alloys, this compromise effectively limits the usable casting speed, setting the effective maximum to the number of ingots that can be cast per day.

본 개시내용의 특정 양태에 따르면, 응고 전면의 제어는 교반 제어 및 주조 속도 제어의 조합을 통해 달성될 수 있다. 강한 교반은 고온 균열을 완화하면서 높은 주조 속도를 허용하는 수많은 이점을 제공할 수 있다. 위에서 설명된 것처럼 강한 교반은 응고 전면을 좁히는 데 도움이 될 수 있다. 따라서 강하게 교반하는 DC 주조 공정은 동일한 응고 전면 두께를 유지하면서 강한 교반이 없는 DC 주조 공정보다 더 높은 주조 속도로 작동할 수 있다. 따라서 강한 교반은 더 빠른 주조를 가능하게 하므로 하루에 더 많은 생산 능력을 가질 수 있다. 추가로, 교반은 용융 섬프가 주조되는 잉곳(본 명세서에서 배아 잉곳으로도 지칭됨) 내로 더 깊이 확장되도록 할 수 있다. DC 주조에서, 용융 금속의 정수압(hydrostatic pressure)은 액체 금속을 응고 전면에서 입자 사이의 틈으로 침투시키는 실질적인 구동력을 제공한다. 강한 교반으로 달성된 더 깊은 용융 섬프는 섬프 바닥 근처에 더 큰 정수압 헤드 영역을 제공한다. 이 더 큰 정수압 헤드 영역은 응고 전면에서 입자 사이의 틈을 채우는 것을 용이하게 하여 수축 다공성 또는 공극의 위험을 줄이거나 전혀 없이 더 두꺼운 응고 전면을 허용한다. 강한 교반이 사용될 때 더 두꺼운 응고 전면을 사용할 수 있기 때문에 주조 속도는 교반 없이 사용할 수 있는 것보다 훨씬 더 증가할 수 있다.According to certain aspects of the disclosure, control of the solidification front may be achieved through a combination of agitation control and casting speed control. Intensive agitation can provide numerous advantages, allowing high casting speeds while mitigating hot cracking. As described above, vigorous agitation can help narrow the coagulation front. Therefore, a DC casting process with strong agitation can operate at higher casting speeds than a DC casting process without strong agitation while maintaining the same solidification front thickness. Therefore, strong agitation allows for faster casting and thus more production capacity per day. Additionally, agitation can cause the molten sump to expand deeper into the ingot being cast (also referred to herein as the embryo ingot). In DC casting, the hydrostatic pressure of the molten metal provides the actual driving force to penetrate the liquid metal into the interstitial spaces at the solidification front. A deeper melt sump achieved with strong agitation provides a larger hydrostatic head area near the bottom of the sump. This larger hydrostatic head area facilitates filling the gaps between particles at the solidification front, allowing for a thicker solidification front with reduced or no risk of shrinkage porosity or voids. Because thicker solidification fronts are available when strong agitation is used, casting speeds can be increased significantly beyond what is available without agitation.

증가된 교반은 수 밀리미터 정도, 약 1mm와 5mm 사이 또는 약 10mm 이하의 공칭 두께(nominal thickness)로 응고 전면(예를 들어, 응고 계면)의 두께의 공칭 감소를 달성하기 위해 제어될 수 있다. 일부 경우에는 두께의 공칭 감소가 약 20mm, 19mm, 18mm 17mm, 16mm, 15mm, 14mm, 13mm, 12mm, 11mm, 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm 또는 1mm 이하의 공칭 두께가 될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 특정 공칭 두께로의 공칭 감소를 달성하기 위해 교반을 제어하는 것에 대한 언급은 일정한 주조 속도가 주어지면 특정 두께로 감소를 초래할 정도로 교반을 제어하는 것을 지칭할 수 있다. 따라서, 증가된 주조 속도와 함께 증가된 교반은 응고 계면 두께의 효과적인 변화를 거의 또는 전혀 달성하지 못할 수 있지만, 증가된 교반은 응고 계면의 두께에서 공칭 두께로의 특정 공칭 감소를 달성하는 것으로 설명될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 응고 계면의 두께는 최소 두께, 최대 두께 및 평균 두께, 또는 배아 잉곳 내의 해당 지점 또는 영역에서의 두께를 의미할 수 있다. 예를 들어, 10mm 이하의 두께를 갖는 응고 계면은 응고 계면의 임의의 지점에서 최대 두께가 10mm 이하인 응고 계면; 응고 계면의 임의의 지점에서 최소 두께가 10mm 이하의 두께에 도달하는 응고 계면; 응고 계면 전체의 평균 두께가 10mm 이하로 유지되는 응고 계면; 또는 응고 계면의 바닥 또는 그 부근의 영역(예를 들어, 금형에서 가장 먼 영역), 또는 기타 적절한 지점 또는 영역의 평균 두께가 10mm 이하로 유지되는 응고 계면을 포함한다.The increased agitation can be controlled to achieve a nominal reduction in the thickness of the solidification front (e.g., the solidification interface) on the order of a few millimeters, to a nominal thickness of between about 1 mm and 5 mm, or up to about 10 mm. In some cases the nominal reduction in thickness is approximately 20mm, 19mm, 18mm 17mm, 16mm, 15mm, 14mm, 13mm, 12mm, 11mm, 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm or 1mm or less nominal. It can be thick. As used herein, reference to controlling agitation to achieve a nominal reduction to a particular nominal thickness may refer to controlling agitation to the extent that, given a constant casting speed, results in a reduction to a particular thickness. Therefore, increased agitation with increased casting speed may achieve little or no effective change in the solidification interface thickness, but increased agitation may be described as achieving a certain nominal reduction in the thickness of the solidification interface to the nominal thickness. You can. Additionally, the thickness of the solidification interface herein may refer to the minimum thickness, maximum thickness, and average thickness, or the thickness at the corresponding point or region within the embryo ingot. For example, a solidification interface having a thickness of 10 mm or less is a solidification interface having a maximum thickness of 10 mm or less at any point on the solidification interface; A solidification interface where the minimum thickness at any point of the solidification interface reaches a thickness of 10 mm or less; Solidification interface where the average thickness of the entire solidification interface is maintained below 10 mm; or a region at or near the bottom of the solidification interface (e.g., the region furthest from the mold), or other suitable point or region, where the average thickness of the solidification interface is maintained below 10 mm.

DC 주조 동안, 배아 잉곳이 금형을 빠져나갈 때 잉곳의 표면에 냉각제(예를 들어, 물)를 분사하여 잉곳에서 열을 추출한다. 와이퍼 또는 기타 기술을 사용하여 냉각제를 제거할 수 있으므로 잉곳의 일부를 재가열할 수 있다. 이 재가열은 일부 경우에는 잉곳의 인시튜(in-situ)(예를 들어, 주조 중) 균질화에 사용될 수 있다. 일부 경우에는 금속이 약 470°C에서 약 480°C 사이의 반동 온도에 도달할 때 이러한 인시튜 균질화가 발생할 수 있다. 그러나, 본 발명의 특정 양태에 따르면, 재가열은 침전에 보다 적합한 더 낮은 온도를 달성하도록 제어될 수 있어, 잉곳의 외부 주변부에 분산질을 형성할 수 있다. 주조 동안 침전물 형성을 촉진하기 위해 배아 잉곳을 재가열하는 것은 본 명세서에서 인시튜 침전으로 지칭될 수 있다.During DC casting, heat is extracted from the ingot by spraying a coolant (e.g., water) on the surface of the ingot as it exits the mold. The coolant can be removed using a wiper or other technique, allowing part of the ingot to be reheated. This reheating may in some cases be used for in-situ (e.g. during casting) homogenization of the ingot. In some cases, this in situ homogenization can occur when the metal reaches a reaction temperature between about 470°C and about 480°C. However, according to certain embodiments of the invention, reheating can be controlled to achieve lower temperatures more suitable for precipitation, forming dispersoids in the outer periphery of the ingot. Reheating the embryo ingot to promote sediment formation during casting may be referred to herein as in situ sedimentation.

일부 경우에, 원하는 인시튜 침전을 달성하기 위한 재가열 온도(예를 들어, 주조 동안 배아 잉곳의 표면이 재가열되는 온도)는 약 400°C 내지 약 460°C, 약 405°C 내지 약 425°C, 또는 약 410°C 내지 약 420°C일 수 있다. 일부 경우에, 재가열 온도는 합금의 최종 균질화 온도의 백분율로 표시될 수 있으며, 이 경우 섭씨와 같은 재가열 온도는 섭씨와 같은 합금에 대한 최종 균질화 온도의 약 80% 내지 약 90%, 또는 약 85% 내지 약 98%일 수 있다. 예를 들어, 최종 균질화 온도가 480°C인 경우 재가열 온도는 해당 온도의 약 88% 또는 약 422°C일 수 있다. 다른 예로서, 480°C의 최종 균질화 온도의 경우, 재가열 온도는 그 온도의 대략 96%, 또는 대략 460°C일 수 있다.In some cases, the reheating temperature to achieve the desired in situ precipitation (e.g., the temperature at which the surface of the embryo ingot is reheated during casting) is about 400°C to about 460°C, about 405°C to about 425°C. , or about 410°C to about 420°C. In some cases, the reheat temperature may be expressed as a percentage of the final homogenization temperature of the alloy, in which case the reheat temperature, such as in degrees Celsius, is about 80% to about 90%, or about 85% of the final homogenization temperature for the alloy, such as in degrees Celsius. It may be from about 98%. For example, if the final homogenization temperature is 480°C, the reheat temperature may be about 88% of that temperature, or about 422°C. As another example, for a final homogenization temperature of 480°C, the reheat temperature may be approximately 96% of that temperature, or approximately 460°C.

원하는 인시튜 침전은 위에서 확인된 바와 같이 배아 잉곳을 재가열하고 일정한 온도를 유지하거나 잉곳을 일정 기간 동안 실온으로 또는 실온을 향해 냉각시켜 달성될 수 있다. 시간 기간은 대략 3시간에서 대략 5시간 사이일 수 있지만, 일부 경우에는 시간이 어느 쪽 끝점의 10% 편차 내에서 더 많거나 더 적을 수 있다. 인시튜 침전 공정은 잉곳을 주조하는 동안 시작될 수 있으며 잉곳이 주조된 후에 종료될 수 있다. 인시튜 침전을 사용하는 잉곳 주조는 주조 직후 담금질을 거치지 않고 실온으로 또는 실온을 향해 냉각되도록 할 수 있다. 일부 경우에, 인시튜 침전이 사용되는 경우, 추후 균질화 단계를 단축된 시간 동안 수행할 수 있다. 예를 들어, 410°C에서 3시간 동안의 인시튜 침전은 475°C에서 약 8시간 동안 균질화되어 바람직하고 작은 침전물을 얻을 수 있는 반면, 인시튜 침전이 없는 잉곳 주조는 475 °C에서 10시간의 균질화 기간이 필요할 수 있으며 바람직하지 않은 대형 침전만을 얻을 수 있다.The desired in situ precipitation can be achieved by reheating the embryo ingot and maintaining a constant temperature as identified above, or by cooling the ingot to or toward room temperature over a period of time. The time period may be between approximately 3 hours and approximately 5 hours, although in some cases the time may be more or less within a 10% deviation of either endpoint. The in situ precipitation process can begin while casting the ingot and end after the ingot has been cast. Ingot casting using in situ precipitation can be allowed to cool to room temperature or toward room temperature immediately after casting without quenching. In some cases, if in situ precipitation is used, a subsequent homogenization step can be performed for a reduced amount of time. For example, in situ precipitation at 410 °C for 3 h can be homogenized at 475 °C for approximately 8 h to obtain desirable, small precipitates, whereas ingot casting without in situ precipitation requires 10 h at 475 °C. Homogenization periods of 100% may be required and only undesirable large deposits may be obtained.

배아 잉곳의 재가열은 외부 열 적용과 같은 적절한 방식으로 발생할 수 있다. 그러나, 인시튜 균질화를 위한 배아 잉곳의 재가열은 일반적으로 배아 잉곳의 표면에서 발생하는 열 추출량을 감소시키고 잉곳의 잠열, 특히 용융 섬프의 잠열이 잉곳 외부를 재가열함으로써 일어날 수 있다. 원하는 인시튜 침전 온도를 달성하기 위해, 재가열이 시작되는 지점(예를 들어, 냉각수를 제거하는 와이퍼의 위치)이 제어될 수 있고 및/또는 용융 코어의 깊이가 제어될 수 있다. 예를 들어, 와이퍼의 위치를 높여(예를 들어, 와이퍼를 금형에 더 가깝게 이동), 고체 쉘은 용융 섬프가 금형에서 더 멀리 떨어진 단면에 비해 더 큰 단면에서 더 일찍 재가열을 시작할 수 있으므로 훨씬 더 많은 용융 섬프의 잠열이 고체 쉘을 재가열할 수 있다. 재가열이 시작되는 지점을 제어하는 것 외에 또는 그 대신에, 용융 섬프 자체의 깊이는 고체 쉘의 재가열을 정밀하게 제어하기 위해 제어될 수 있다. 예를 들어, 용융 금속의 제트를 응고 계면의 바닥으로 향하게 하는 것과 같은 교반을 유도함으로써, 금속 섬프는 추가 교반이 유도되지 않을 때보다 금형에서 더 멀리까지 확장될 수 있다. 용융 코어의 깊이가 금형에서 멀어질수록, 고체 쉘은 냉각수가 제거된 후 더 오랜 기간 동안 용융 코어의 잠열을 받게 된다.Reheating of the embryo ingot can occur in any suitable manner, such as by applying external heat. However, reheating of the embryo ingot for in situ homogenization generally reduces the amount of heat extraction occurring at the surface of the embryo ingot and can occur by allowing the latent heat of the ingot, particularly the latent heat of the melt sump, to reheat the outside of the ingot. To achieve the desired in situ deposition temperature, the point at which reheating begins (e.g., the position of a wiper that removes coolant) can be controlled and/or the depth of the molten core can be controlled. For example, by increasing the position of the wiper (e.g., moving the wiper closer to the mold), the solid shell can heat up much faster because the melt sump can begin to reheat earlier in a larger cross-section compared to a cross-section further away from the mold. The latent heat of the large melt sump can reheat the solid shell. In addition to or instead of controlling the point at which reheating begins, the depth of the melt sump itself can be controlled to precisely control reheating of the solid shell. For example, by inducing agitation, such as directing a jet of molten metal to the bottom of the solidification interface, the metal sump can be extended further in the mold than if no additional agitation was induced. The farther the depth of the molten core is from the mold, the longer the solid shell will retain the latent heat of the molten core after the coolant is removed.

또한, 재가열이 시작되는 위치 및/또는 용융 코어의 깊이를 제어하면 인시튜 분산질 침전 동안 형성되는 분산질의 표면 깊이를 제어할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, 용어 표면 깊이는 외부 표면(예를 들어, 롤링 면 및 측면)으로부터 잉곳의 중심(예를 들어, 잉곳의 중심을 통해 주조 방향으로 연장되는 길이방향 중심선)을 향한 잉곳 내로의 깊이를 지칭할 수 있다. 일부 경우에, 고체 쉘의 재가열 및/또는 용융된 코어의 깊이를 제어하면 잉곳의 표면에서 길이 방향 중심선을 향해 약 1/3(33%)로 떨어지는 영역(예를 들어, 고강도 구역)에서 가장 높은 농도의 분산질을 제공할 수 있다. 일부 경우에, 이 영역은 잉곳의 표면에서 길이 방향 중심선을 향하는 방법의 약 (50%)에 있을 수 있다. 일부 경우에, 이 영역은 잉곳 표면으로부터 길이 방향 중심선을 향해 약 5%, 10%, 15%, 20% 또는 25%와 약 25%, 30%, 35%, 40%, 45% 또는 50% 사이에 있을 수 있다. 일부 경우에, 이 영역은 잉곳의 표면에서 앞서 언급된 깊이까지 확장될 수 있다.Additionally, controlling the location at which reheating begins and/or the depth of the molten core can control the surface depth of the dispersoid formed during in situ dispersoid precipitation. As used herein, the term surface depth refers to the depth of the ingot from the outer surface (e.g., rolling face and sides) toward the center of the ingot (e.g., the longitudinal centerline extending in the casting direction through the center of the ingot). It can refer to the depth within. In some cases, reheating of the solid shell and/or controlling the depth of the molten core results in the highest strength in a region (e.g., high-strength zone) that falls approximately one-third (33%) from the surface of the ingot toward the longitudinal centerline. It can provide dispersoids of high concentration. In some cases, this area is approximately one way from the surface of the ingot toward the longitudinal centerline. It may be at (50%). In some cases, this area is between about 5%, 10%, 15%, 20%, or 25% and about 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, or 50% from the ingot surface toward the longitudinal centerline. may be in In some cases, this area may extend from the surface of the ingot to the previously mentioned depth.

일부 경우에, 최고 농도의 분산질 및/또는 고강도 구역은 전체 잉곳의 평균 분산질 농도보다 더 큰 분산질 농도를 갖는 잉곳의 영역일 수 있다. 일부 경우에, 가장 높은 농도의 분산질 및/또는 고강도 구역은 전체 잉곳의 평균 분산질 농도에 대해 적어도 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 또는 4 표준 편차의 분산질 농도를 갖는 잉곳의 영역으로 정의될 수 있다. 고강도 구역(예를 들어, 침전된 분산질의 상대적으로 높은 농도의 영역)은 잉곳이 실온으로 냉각될 때 균열에 대한 보호 역할을 할 수 있다.In some cases, the highest concentration of dispersoid and/or the high intensity zone may be an area of the ingot that has a greater dispersoid concentration than the average dispersoid concentration of the entire ingot. In some cases, the highest concentration dispersoid and/or high strength zone is an ingot having a dispersoid concentration of at least 0.5, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 3.5 or 4 standard deviations relative to the average dispersoid concentration of the entire ingot. It can be defined as the area of . High-strength zones (e.g., areas of relatively high concentration of precipitated dispersoids) can serve as protection against cracking when the ingot is cooled to room temperature.

열간 가공(hot working) 및 후속 처리 중 미세구조의 재결정화로 인해 초기의, 주조의(as-cast) 미세구조와 최종 가공 미세구조 사이에 관계가 없는 경우가 많다. 그러나 특정 7xxx 시리즈 합금과 같은 특정 합금에서는 Cr 또는 Zr과 같은 원소를 추가하는 것과 같이 분산질을 사용하여 재결정화를 억제할 수 있다. 주조의 미세구조에서 이러한 분산질의 형성을 유도함으로써, 분산질은 재결정화를 억제하거나 또는 재결정화 동안 평균 입자 크기의 적어도 실질적인 변화를 억제할 수 있다. 재결정화가 억제되기 때문에 최종 가공 미세구조는 초기의, 주조의 미세구조와 관련될 수 있고 보다 구체적으로 유사할 수 있다.There is often no relationship between the initial, as-cast microstructure and the final machined microstructure due to recrystallization of the microstructure during hot working and subsequent processing. However, in certain alloys, such as certain 7xxx series alloys, recrystallization can be suppressed using dispersoids, such as adding elements such as Cr or Zr. By inducing the formation of such dispersoids in the microstructure of the casting, the dispersoids can inhibit recrystallization or at least a substantial change in average grain size during recrystallization. Because recrystallization is suppressed, the final machined microstructure can be related to, and more specifically similar to, the initial, as-cast microstructure.

주조의 미세구조를 최종 가공된 미세구조와 연관시키는 이러한 능력으로, 주조의 미세구조를 개선하는 기술이 특히 유용할 수 있다. 입자 미세화제의 첨가는 입자 크기를 어느 정도 감소시키는 데 사용할 수 있지만 포화 한계에 도달한 후에는 추가 입자 미세화제의 효과가 제한된다. 그러나, 강한 교반과 같은 본 개시내용의 양태를 사용하여, 더욱 더 바람직한 입자 미세화가 달성될 수 있다. 이 미세한 주조의 미세구조는 최종 제품의 미세구조로 이어지며 내식성 및 강도의 이점과 같은 많은 이점을 가질 수 있다.This ability to relate the microstructure of a casting to the final machined microstructure can make techniques for improving the microstructure of a casting particularly useful. The addition of particle refiners can be used to reduce particle size to some extent, but after the saturation limit is reached the effectiveness of additional particle refiners is limited. However, using aspects of the present disclosure, such as vigorous agitation, even more desirable particle refinement can be achieved. The microstructure of this fine casting carries over to the microstructure of the final product and can have many advantages, such as corrosion resistance and strength advantages.

일부 경우에, 본 발명의 특정 양태는 7xxx 시리즈 합금에 특히 적합할 수 있지만, 5xxx 또는 다른 시리즈 합금과 함께 사용하는 데에도 유리할 수 있다. 본 개시내용의 특정 양태는 7xxx 시리즈에서와 같이 "오렌지 껍질(orange peel)" 결함에 저항하는 데 도움이 될 수 있다. 이러한 "오렌지 껍질" 결함은 금속 제품의 변형 후에 나타나는 표면 결함으로, 주황색의 외부 표면처럼 보이는 표면 거칠기를 특징으로 한다. 이러한 결함은 종종 큰 입자 크기의 결과이다. 최종 입자 크기를 줄임으로써 변형 후 이 결함이 덜 두드러질 수 있다.In some cases, certain embodiments of the invention may be particularly suitable for 7xxx series alloys, but may also be advantageous for use with 5xxx or other series alloys. Certain aspects of the present disclosure may help resist “orange peel” defects, such as in the 7xxx series. These "orange peel" defects are surface defects that appear after deformation of metal products and are characterized by surface roughness that appears as an orange-colored outer surface. These defects are often a result of large particle size. By reducing the final grain size, this defect can become less pronounced after deformation.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "발명", "상기 발명", "이 발명" 및 "본 발명"이라는 용어는 이 특허 출원 및 하기 청구범위의 모든 주제를 광범위하게 지칭하도록 의도된다. 이러한 용어를 포함하는 설명은 본 명세서에 설명된 주제를 제한하거나 아래 특허 청구범위의 의미 또는 범위를 제한하지 않는 것으로 이해되어야 한다.As used herein, the terms “invention,” “the invention,” “this invention,” and “the present invention” are intended to broadly refer to all subject matter of this patent application and the following claims. Descriptions containing these terms should be understood not as limiting the subject matter described herein or limiting the meaning or scope of the patent claims below.

이 설명에서는 AA 번호 및 "시리즈" 또는 "7xxx"와 같은 기타 관련 명칭으로 식별되는 합금을 참조한다. 알루미늄과 그 합금을 명명하고 식별하는 데 가장 일반적으로 사용되는 번호 지정 체계에 대한 이해를 위해, "단조 알루미늄 및 단조 알루미늄 합금에 대한 국제 합금 명칭 및 화학 조성 제한" 또는 "주물 및 잉곳 형태의 알루미늄 합금에 대한 알루미늄 협회 합금 명칭 및 화학 조성 제한의 등록 기록"을 참조하며, 둘 모두 알루미늄 협회에서 출판하였다.In this description, reference is made to alloys identified by their AA numbers and other related designations such as "series" or "7xxx". For an understanding of the numbering systems most commonly used to name and identify aluminum and its alloys, see “International Alloy Nomenclature and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” or “Aluminum Alloys in Cast and Ingot Form.” See “Records of Registration of Alloy Names and Chemical Composition Limits of the Aluminum Society for”, both published by the Aluminum Society.

본원에 사용된 "실온"의 의미는 약 15°C 내지 약 30°C, 예를 들어 약 15°C, 약 16°C, 약 17°C, 약 18°C, 약 19°C, 약 20°C, 약 21°C, 약 22°C, 약 23°C, 약 24°C, 약 25°C, 약 26°C, 약 27°C, 약 28°C, 약 29°C, 또는 약 30°C의 온도를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 "주변 조건"의 의미는 약 실온의 온도, 약 20% 내지 약 100%의 상대 습도, 및 약 975밀리바(mbar) 내지 약 1050밀리바의 기압을 포함할 수 있다. 예를 들어 상대 습도는 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 약 100%, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다. 예를 들어, 기압은 약 975mbar, 약 980mbar, 약 985mbar, 약 990mbar, 약 995mbar, 약 1000mbar, 약 1005mbar, 약 1010mbar, 약 1015mbar, 약 1020mbar, 약 1025mbar, 약 1030mbar, 약 1035mbar, 약 1040mbar, 약 1045mbar, 약 1050mbar, 또는 그 사이의 임의의 값일 수 있다.As used herein, “room temperature” means from about 15°C to about 30°C, for example about 15°C, about 16°C, about 17°C, about 18°C, about 19°C, about 20°C. °C, about 21°C, about 22°C, about 23°C, about 24°C, about 25°C, about 26°C, about 27°C, about 28°C, about 29°C, or about May contain temperatures up to 30°C. As used herein, the meaning of “ambient conditions” may include a temperature of about room temperature, a relative humidity of about 20% to about 100%, and an atmospheric pressure of about 975 millibars (mbar) to about 1050 millibars. For example, the relative humidity is about 20%, about 21%, about 22%, about 23%, about 24%, about 25%, about 26%, about 27%, about 28%, about 29%, about 30%, About 31%, about 32%, about 33%, about 34%, about 35%, about 36%, about 37%, about 38%, about 39%, about 40%, about 41%, about 42%, about 43 %, about 44%, about 45%, about 46%, about 47%, about 48%, about 49%, about 50%, about 51%, about 52%, about 53%, about 54%, about 55%, About 56%, about 57%, about 58%, about 59%, about 60%, about 61%, about 62%, about 63%, about 64%, about 65%, about 66%, about 67%, about 68 %, about 69%, about 70%, about 71%, about 72%, about 73%, about 74%, about 75%, about 76%, about 77%, about 78%, about 79%, about 80%, About 81%, about 82%, about 83%, about 84%, about 85%, about 86%, about 87%, about 88%, about 89%, about 90%, about 91%, about 92%, about 93 %, about 94%, about 95%, about 96%, about 97%, about 98%, about 99%, about 100%, or any value in between. For example, atmospheric pressure is about 975 mbar, about 980 mbar, about 985 mbar, about 990 mbar, about 995 mbar, about 1000 mbar, about 1005 mbar, about 1010 mbar, about 1015 mbar, about 1020 mbar, about 1025 mbar, about 1030 mbar, about 1035 mbar, about 10 40 mbar, approximately 1045 mbar , about 1050 mbar, or any value in between.

본 명세서에 개시된 모든 범위는 그 안에 포함된 임의의 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 명시된 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이의 모든 하위 범위를 포함하는 것으로 간주되어야 하며; 즉, 최소값이 1 이상, 예를 들어 1 내지 6.1이고 최대값이 10 이하, 예를 들어 5.5 내지 10으로 끝나는 모든 하위 범위를 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 요소의 조성량을 언급할 때 표현 "까지(up to)"는 요소가 선택적이며 해당 특정 요소의 0% 조성을 포함한다는 것을 의미한다. 달리 명시되지 않는 한, 모든 조성 백분율은 중량 백분율(wt.%)로 표시된다.All ranges disclosed herein should be understood to include any and all subranges subsumed therein. For example, a stated range of “1 to 10” should be considered to include all subranges between the minimum value of 1 and the maximum value of 10; That is, it includes all subranges that have a minimum value greater than or equal to 1, for example from 1 to 6.1, and a maximum value of 10 or less, for example, ending with 5.5 to 10. Unless otherwise specified, the expression "up to" when referring to compositional amounts of an element means that the element is optional and includes 0% composition of that particular element. Unless otherwise specified, all composition percentages are expressed as weight percentages (wt.%).

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단수 표현("a", "an" 및 "the")의 의미는 문맥이 명백하게 달리 지시하지 않는 한 단수 및 복수 참조를 포함한다. As used herein, the singular terms “a”, “an” and “the” include singular and plural references unless the context clearly dictates otherwise.

다음 예에서 알루미늄 합금 제품 및 그 구성요소는 중량 퍼센트(wt. %)의 원소 조성으로 설명된다. 각 합금에서 나머지는 모든 불순물 합에 대한 최대 0.15%의 wt. %를 갖는 알루미늄이다.In the following examples, aluminum alloy products and their components are described in terms of elemental composition in weight percent (wt.%). In each alloy, the remainder is a maximum of 0.15% wt. of the sum of all impurities. It is aluminum with %.

입자 미세화제 및 탈산제, 또는 기타 첨가제와 같은 부수적 요소가 본 발명에 존재할 수 있으며, 본 명세서에 설명된 합금 또는 본 명세서에 설명된 합금의 특성에서 벗어나거나 크게 변경되지 않고 자체적으로 다른 특성을 추가할 수 있다. 그러나, 본 개시내용의 범위는 본 개시내용에서 원하는 특성을 변경하지 않을 양의 부수적 요소 또는 요소들의 단순한 추가를 통해 회피되어서는 안되거나/피할 수 없다는 것이 이해되어야 한다.Additional elements, such as particle refiners and deoxidizers, or other additives, may be present in the invention and may on their own add other properties without departing from or significantly altering the properties of the alloys described herein or the alloys described herein. You can. However, it should be understood that the scope of the disclosure should not/cannot be circumvented through the mere addition of ancillary elements or elements in amounts that will not alter the desired characteristics of the disclosure.

합금에는 알루미늄 고유의 특성이나 가공장비와의 접촉으로 인한 침출 등 불가피한 불순물이 합금에 소량 존재할 수 있다. 알루미늄에서 일반적으로 발견되는 일부 불순물에는 철과 규소가 포함된다. 설명된 바와 같이, 합금은 합금 원소, 부수 원소 및 불가피한 불순물을 제외한 임의의 원소를 약 0.25 wt. % 이하로 함유할 수 있다.There may be a small amount of unavoidable impurities in the alloy, such as aluminum's inherent properties or leaching due to contact with processing equipment. Some impurities commonly found in aluminum include iron and silicon. As explained, the alloy contains approximately 0.25 wt of any element, excluding alloying elements, minor elements and unavoidable impurities. It may contain less than %.

본 명세서에 사용된 바와 같이, "슬래브"라는 용어는 15mm보다 큰 합금 두께를 나타낸다. 예를 들어, 슬래브는 두께가 15mm를 초과, 20mm를 초과, 25mm를 초과, 30mm를 초과, 35mm를 초과, 40mm를 초과, 45mm를 초과, 50mm를 초과, 또는 100mm를 초과하는 알루미늄 제품을 의미할 수 있다.As used herein, the term “slab” refers to an alloy thickness greater than 15 mm. For example, slab may mean an aluminum product with a thickness greater than 15 mm, greater than 20 mm, greater than 25 mm, greater than 30 mm, greater than 35 mm, greater than 40 mm, greater than 45 mm, greater than 50 mm, or greater than 100 mm. You can.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 플레이트는 일반적으로 5mm 내지 50mm 범위의 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 두께가 약 5mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 35mm, 40mm, 45mm 또는 50mm인 알루미늄 제품을 의미할 수 있다.As used herein, plates typically have a thickness ranging from 5 mm to 50 mm. For example, plate may refer to an aluminum product having a thickness of approximately 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm or 50 mm.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 셰이트(시트 플레이트라고도 함)는 일반적으로 약 4mm 내지 약 15mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 셰이트는 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 11mm, 12mm, 13mm, 14mm 또는 15mm의 두께를 가질 수 있다.As used herein, a sheet (also called sheet plate) generally has a thickness of about 4 mm to about 15 mm. For example, the sheet may have a thickness of 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm or 15 mm.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 시트는 일반적으로 약 4mm 미만의 두께를 갖는 알루미늄 제품을 의미한다. 예를 들어, 시트는 4mm 미만, 3mm 미만, 2mm 미만, 1mm 미만, 0.5mm 미만, 0.3mm 미만 또는 0.1mm 미만의 두께를 가질 수 있다.As used herein, sheet refers to an aluminum product generally having a thickness of less than about 4 mm. For example, the sheet may have a thickness of less than 4 mm, less than 3 mm, less than 2 mm, less than 1 mm, less than 0.5 mm, less than 0.3 mm, or less than 0.1 mm.

주조 잉곳은 당업자에게 공지된 임의의 수단에 의해 처리될 수 있다. 선택적으로 처리 단계를 사용하여 시트가 제조될 수 있다. 이러한 처리 단계는 균질화, 열간 압연, 냉간 압연, 용체화 열처리, 및 당업자에게 공지된 임의의 예비 에이징 단계를 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.Cast ingots may be processed by any means known to those skilled in the art. Sheets may be manufactured using optional processing steps. These processing steps include, but are not limited to, homogenization, hot rolling, cold rolling, solution heat treatment, and any preliminary aging steps known to those skilled in the art.

균질화 단계에서, 본 명세서에 기재된 주조 제품은 약 400°C 내지 약 500°C 범위의 온도로 가열된다. 예를 들어, 제품은 약 400°C, 약 410°C, 약 420°C, 약 430°C, 약 440°C, 약 450°C, 약 460°C, 약 470°C, 약 480°C, 약 490°C, 또는 약 500°C의 온도로 가열될 수 있다. 그런 다음 제품을 일정 시간 동안 침지시킨다(즉, 지시된 온도로 유지). 일부 예에서, 가열 및 침지 단계를 포함하는 균질화 단계의 총 시간은 최대 24시간일 수 있다. 예를 들어, 제품은 균질화 단계를 위해 최대 18시간 동안 최대 500°C까지 가열되고 침지될 수 있다. 선택적으로 제품은 균질화 단계를 위해 총 18시간 이상 동안 490°C 미만으로 가열되고 침지될 수 있다. 어떤 경우에는 균질화 단계가 여러 공정을 포함합니다. 일부 비제한적인 예에서, 균질화 단계는 제품을 제1 기간 동안 제1 온도로 가열한 후 제2 기간 동안 제2 온도로 가열하는 것을 포함한다. 예를 들어, 제품은 약 3.5시간 동안 약 465°C로 가열된 다음 약 6시간 동안 약 480°C로 가열될 수 있다.In the homogenization step, the cast product described herein is heated to a temperature ranging from about 400°C to about 500°C. For example, the product may be rated at approximately 400°C, approximately 410°C, approximately 420°C, approximately 430°C, approximately 440°C, approximately 450°C, approximately 460°C, approximately 470°C, approximately 480°C. , can be heated to a temperature of about 490°C, or about 500°C. The product is then steeped (i.e. held at the indicated temperature) for a period of time. In some examples, the total time of the homogenization step, including the heating and soaking steps, can be up to 24 hours. For example, the product can be heated and soaked up to 500°C for up to 18 hours for a homogenization step. Optionally, the product may be heated and soaked below 490°C for a total of 18 hours or more for the homogenization step. In some cases, the homogenization step involves multiple processes. In some non-limiting examples, the homogenization step includes heating the product to a first temperature for a first period of time and then to a second temperature for a second period of time. For example, the product may be heated to about 465°C for about 3.5 hours and then to about 480°C for about 6 hours.

균질화 단계 후에 열간 압연 단계가 수행될 수 있다. 열간 압연을 시작하기 전에 균질화된 제품을 300°C 내지 450°C 사이의 온도로 냉각할 수 있다. 예를 들어, 균질화된 제품은 325°C 내지 425°C 또는 350°C 내지 400°C의 온도로 냉각될 수 있다. 그런 다음 제품은 300°C 내지 450°C 사이의 온도에서 열간 압연되어 3mm와 200mm 사이(예를 들어, 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 7mm, 8mm, 9mm, 10mm, 15mm, 20mm, 25mm, 30mm, 35mm, 40mm, 45mm, 50mm, 55mm, 60mm, 65mm, 70mm, 75mm, 80mm, 85mm, 90mm, 95mm, 100mm, 110mm, 120mm, 130mm, 140mm, 150mm, 160mm, 170mm, 180mm, 190mm, 200mm, 또는 그 사이의 임의의 값)의 게이지를 갖는 열간 압연 판, 열간 압연 셰이트 또는 열간 압연 시트를 형성할 수 있습니다.A hot rolling step may be performed after the homogenization step. Before hot rolling begins, the homogenized product can be cooled to a temperature between 300°C and 450°C. For example, the homogenized product may be cooled to a temperature of 325°C to 425°C or 350°C to 400°C. The products are then hot rolled at a temperature between 300°C and 450°C to cut into sizes between 3 mm and 200 mm, e.g. , 35mm, 40mm, 45mm, 50mm, 55mm, 60mm, 65mm, 70mm, 75mm, 80mm, 85mm, 90mm, 95mm, 100mm, 110mm, 120mm, 130mm, 140mm, 150mm, 160mm, 170mm, 180mm, 90mm, 200mm, or It can form hot rolled plate, hot rolled sheet or hot rolled sheet having a gauge of any value in between.

그런 다음 플레이트, 셰이트 또는 시트는 기존의 냉간 압연기 및 기술을 사용하여 시트로 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연된 시트는 약 0.5 내지 10mm, 예를 들어, 약 0.7 내지 6.5mm의 게이지를 가질 수 있다. 선택적으로 냉간 압연 시트는 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm, 4.5mm, 5.0mm, 5.5mm, 6.0mm, 6.5mm, 7.0mm, 7.5mm, 8.0mm, 8.5mm, 9.0mm, 9.5mm 또는 10.0mm의 게이지를 가질 수 있다. 냉간 압연을 수행하여 최대 85%의 게이지 감소(예를 들어, 최대 10%, 최대 20%, 최대 30%, 최대 40%, 최대 50%, 최대 60%, 최대 70%, 최대 80% 또는 최대 85% 감소)를 나타내는 최종 게이지 두께를 얻을 수 있다. 선택적으로, 냉간 압연 단계 동안 인터어닐링(interannealing) 단계가 수행될 수 있다. 인터어닐링 단계는 약 300°C 내지 약 450°C(예를 들어, 약 310°C, 약 320°C, 약 330°C, 약 340°C, 약 350°C, 약 360°C, 약 370°C, 약 380°C, 약 390°C, 약 400°C, 약 410°C, 약 420°C, 약 430°C, 약 440°C 또는 약 450°C)의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 경우에, 인터어닐링 단계는 다중 공정을 포함한다. 일부 비제한적인 예에서, 인터어닐링 단계는 제1 기간 동안 플레이트, 셰이트 또는 시트를 제1 온도로 가열한 후 제2 기간 동안 제2 온도로 가열하는 것을 포함한다. 예를 들어, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 약 1시간 동안 약 410°C로 가열된 다음 약 2시간 동안 약 330°C로 가열될 수 있다.The plate, sheet or sheet can then be cold rolled into sheets using conventional cold rolling mills and techniques. The cold rolled sheet may have a gauge of about 0.5 to 10 mm, for example about 0.7 to 6.5 mm. Optionally cold rolled sheets are available in 0.5mm, 1.0mm, 1.5mm, 2.0mm, 2.5mm, 3.0mm, 3.5mm, 4.0mm, 4.5mm, 5.0mm, 5.5mm, 6.0mm, 6.5mm, 7.0mm, 7.5mm , can have gauges of 8.0mm, 8.5mm, 9.0mm, 9.5mm or 10.0mm. Perform cold rolling to reduce gauge by up to 85% (e.g. up to 10%, up to 20%, up to 30%, up to 40%, up to 50%, up to 60%, up to 70%, up to 80% or up to 85%) % reduction) can be obtained. Optionally, an interannealing step may be performed during the cold rolling step. The interannealing step may be performed at about 300°C to about 450°C (e.g., about 310°C, about 320°C, about 330°C, about 340°C, about 350°C, about 360°C, about 370°C). °C, about 380°C, about 390°C, about 400°C, about 410°C, about 420°C, about 430°C, about 440°C, or about 450°C). . In some cases, the interannealing step involves multiple processes. In some non-limiting examples, the interannealing step includes heating the plate, sheet, or sheet to a first temperature for a first period of time and then to a second temperature for a second period of time. For example, a plate, sheet, or sheet may be heated to about 410°C for about 1 hour and then to about 330°C for about 2 hours.

그 후, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 용체화 열처리 단계를 거칠 수 있다. 용체화 열처리 단계는 가용성 입자의 용체화를 초래하는 시트에 대한 임의의 통상적인 처리일 수 있다. 플레이트, 셰이트 또는 시트는 최대 590°C(예를 들어, 400°C 내지 590°C)의 피크 금속 온도(PMT)로 가열되고 해당 온도에서 일정 기간 동안 침지될 수 있다. 예를 들어, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 최대 30분(예를 들어, 0초, 60초, 75초, 90초, 5분, 10분, 20분, 25분, 30분)의 침지 시간 동안 480°C에서 침지될 수 있다. 가열 및 침지 후 플레이트, 셰이트 또는 시트는 100°C/s 이상의 속도로 500 및 200°C 사이의 온도로 빠르게 냉각된다. 일 예에서, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 450°C 및 200°C 사이의 온도에서 200°C/s 이상의 급랭 속도를 갖는다. 선택적으로 다른 경우에는 냉각 속도가 더 빠를 수 있다.The plate, sheet or sheet may then undergo a solution heat treatment step. The solution heat treatment step can be any conventional treatment for the sheet that results in solutionization of the soluble particles. The plate, sheet or sheet may be heated to a peak metal temperature (PMT) of up to 590°C (e.g., 400°C to 590°C) and immersed at that temperature for a period of time. For example, plates, sheets or sheets may be soaked for a soaking time of up to 30 minutes (e.g., 0 seconds, 60 seconds, 75 seconds, 90 seconds, 5 minutes, 10 minutes, 20 minutes, 25 minutes, 30 minutes). Can be immersed at 480°C. After heating and immersion, the plate, sheet or sheet is rapidly cooled to a temperature between 500 and 200°C at a rate of more than 100°C/s. In one example, the plate, sheet or sheet has a quench rate of greater than 200°C/s at a temperature between 450°C and 200°C. Optionally in other cases the cooling rate may be faster.

담금질 후, 플레이트, 셰이트 또는 시트는 선택적으로 코일링 전에 플레이트, 셰이트 또는 시트를 재가열하여 사전 에이징 처리를 거칠 수 있다. 사전 에이징 처리는 최대 6시간의 기간 동안 약 70°C 내지 약 125°C의 온도에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 사전 에이징 처리는 약 70°C, 약 75°C, 약 80°C ¸ 약 85°C, 약 90°C, 약 95°C, 약 100°C, 약 105°C, 약 110°C, 약 115°C, 약 120°C, 또는 약 125°C의 온도에서 수행될 수 있다. 선택적으로, 사전 에이징 처리는 약 30분, 약 1시간, 약 2시간, 약 3시간, 약 4시간, 약 5시간, 또는 약 6시간 동안 수행될 수 있다. 사전 에이징 처리는 복사열, 대류열, 유도열, 적외선 열 등을 방출하는 디바이스와 같은 가열 디바이스를 통해 플레이트, 셰이트 또는 시트를 통과시켜 수행될 수 있다.After quenching, the plate, shape or sheet may optionally undergo a pre-aging treatment by reheating the plate, shape or sheet prior to coiling. The pre-aging treatment may be performed at a temperature of about 70°C to about 125°C for a period of up to 6 hours. For example, pre-aging treatment is about 70°C, about 75°C, about 80°C ¸ about 85°C, about 90°C, about 95°C, about 100°C, about 105°C, about 110°C. °C, about 115°C, about 120°C, or about 125°C. Optionally, the pre-aging treatment can be performed for about 30 minutes, about 1 hour, about 2 hours, about 3 hours, about 4 hours, about 5 hours, or about 6 hours. Pre-aging treatment can be performed by passing the plate, sheet or sheet through a heating device, such as a device that emits radiant heat, convective heat, inductive heat, infrared heat, etc.

본 명세서에 기재된 주조 제품은 또한 플레이트 형태의 제품 또는 다른 적합한 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 기재된 바와 같은 제품을 포함하는 플레이트는 균질화 단계에서 잉곳을 처리한 후 열간 압연 단계에 의해 제조될 수 있다. 열간 압연 단계에서, 주조 제품은 200mm 이하의 두께 게이지(예를 들어, 약 10mm 내지 약 200mm)로 열간 압연될 수 있다. 예를 들어, 주조 제품은 약 10mm 내지 약 175mm, 약 15mm 내지 약 150mm, 약 20mm 내지 약 125mm, 약 25mm 내지 약 100mm, 약 30mm 내지 약 75mm, 또는 약 35mm 내지 약 50mm의 최종 게이지 두께를 갖는 플레이트로 열간 압연될 수 있다.The cast products described herein may also be used to make plate-shaped products or other suitable products. For example, a plate comprising a product as described herein may be produced by subjecting the ingot in a homogenization step followed by a hot rolling step. In the hot rolling step, the cast product may be hot rolled to a thickness gauge of 200 mm or less (eg, from about 10 mm to about 200 mm). For example, the cast product may be a plate having a final gauge thickness of about 10 mm to about 175 mm, about 15 mm to about 150 mm, about 20 mm to about 125 mm, about 25 mm to about 100 mm, about 30 mm to about 75 mm, or about 35 mm to about 50 mm. Can be hot rolled.

본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품은 자동차 어플리케이션 및 항공기 및 철도 어플리케이션을 비롯한 기타 운송 어플리케이션에 사용될 수 있다. 예를 들어, 개시된 알루미늄 합금 제품은 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필라 보강재(예를 들어, A 필라, B 필라 및 C 필라), 내부 패널, 외부 패널, 측면 패널, 내부 후드, 외부 후드 또는 트렁크 리드 패널과 같은 자동차 구조 부품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 또한 항공기 또는 철도 차량 어플리케이션에서, 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하는 데 사용될 수 있다.The aluminum alloy products described herein may be used in automotive applications and other transportation applications, including aircraft and rail applications. For example, the disclosed aluminum alloy products include bumpers, side beams, roof beams, cross beams, pillar reinforcements (e.g., A pillars, B pillars and C pillars), interior panels, exterior panels, side panels, interior hoods, exterior It can be used to manufacture automotive structural parts such as hoods or trunk lid panels. The aluminum alloy products and methods described herein may also be used in aircraft or rail vehicle applications, for example, to manufacture exterior and interior panels.

본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 전자 어플리케이션에서도 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명된 알루미늄 합금 제품 및 방법은 휴대폰 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자 디바이스용 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다. 일부 예에서, 알루미늄 합금 제품은 휴대폰(예를 들어, 스마트폰), 태블릿 바닥 섀시 및 기타 휴대용 전자 장치의 외부 케이싱을 위한 하우징을 제조하는 데 사용될 수 있다.The aluminum alloy products and methods described herein may also be used in electronic applications. For example, the aluminum alloy products and methods described herein can be used to manufacture housings for electronic devices, including cell phones and tablet computers. In some examples, aluminum alloy products can be used to manufacture housings for cell phones (e.g., smartphones), tablet bottom chassis, and external casings of other portable electronic devices.

이러한 예시적인 예는 본 명세서에서 논의된 일반적인 주제에 대해 독자에게 소개하기 위해 제공되며 개시된 개념의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 다음 섹션은 유사한 번호가 유사한 요소를 나타내는 도면을 참조하여 다양한 추가 피쳐 및 예를 설명하고, 방향 설명은 예시적인 실시예를 설명하는 데 사용되지만, 예시적인 실시예와 마찬가지로 본 개시를 제한하는 데 사용되어서는 안 된다. 본 명세서의 도면에 포함된 요소들은 축척에 맞게 그려지지 않을 수 있다. 예를 들어, 금속 섬프를 묘사하는 도면은 설명을 위해 과장된 피쳐를 포함할 수 있다.These illustrative examples are provided to introduce the reader to the general subject matter discussed herein and are not intended to limit the scope of the disclosed concepts. The following sections describe various additional features and examples with reference to the drawings where like numbers represent like elements, and directional descriptions are used to describe example embodiments, but, like the example embodiments, are used to limit the disclosure. It shouldn't be. Elements included in the drawings of this specification may not be drawn to scale. For example, a drawing depicting a metal sump may include features that are exaggerated for illustrative purposes.

도 1은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 인시튜(in-situ) 분산질 침전을 위한 금속 주조 시스템(100)의 부분 절개도이다. 턴디쉬(tundish)와 같은 금속 소스(102)는 용융 금속을 공급 튜브(104) 아래로 노즐(106) 밖으로 공급할 수 있다. 용융 금속을 분배하고 용융 섬프(110)의 상부 표면에서 금속 산화물의 생성을 감소시키기 위해 선택적인 스키머(skimmer)(108)가 공급 튜브(104) 주위에 사용될 수 있다. 바닥 블록(120)은 유압 실린더(122)에 의해 리프팅되어 금형 공동(112)의 벽과 만날 수 있다. 용융 금속이 금형 내에서 응고되기 시작함에 따라, 바닥 블록(120)은 주조 속도로 꾸준히 하강될 수 있다. 배아 잉곳(embryonic ingot)(116)은 응고된 측들(118)을 포함할 수 있는 반면, 주조에 첨가된 용융 금속은 배아 잉곳(116)을 연속적으로 연장하는 데 사용될 수 있다. 배아 잉곳(116)은 바닥 단부(136)를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 금형 공동(112)의 벽들은 중공 공간(hollow space)을 정의하고 물과 같은 냉각제(coolant)(114)를 포함할 수 있다. 냉각제(114)는 중공 공간으로부터 제트(jet)로서 배출될 수 있고 배아 잉곳(116)의 측들(118) 아래로 흘러 배아 잉곳(116)을 응고시키는 것을 도울 수 있다. 배아 잉곳(116)은 외부 고체 쉘(128), 과도 금속 영역(예를 들어, 응고 계면(126)), 및 용융 금속 코어(124)를 포함할 수 있다.1 is a partial cutaway view of a metal casting system 100 for in-situ dispersoid precipitation in accordance with certain aspects of the disclosure. A metal source 102, such as a tundish, may supply molten metal down the supply tube 104 and out of the nozzle 106. An optional skimmer 108 may be used around the feed tube 104 to distribute the molten metal and reduce the formation of metal oxides on the upper surface of the melt sump 110. Bottom block 120 may be lifted by hydraulic cylinder 122 to meet the wall of mold cavity 112. As the molten metal begins to solidify within the mold, bottom block 120 may be steadily lowered at the casting rate. The embryonic ingot 116 may include solidified sides 118 while molten metal added to the casting may be used to continuously extend the embryonic ingot 116. Embryo ingot 116 may include a bottom end 136. In some cases, the walls of the mold cavity 112 define a hollow space and may contain a coolant 114, such as water. Coolant 114 may escape as a jet from the hollow space and flow down the sides 118 of the embryo ingot 116 to help solidify the embryo ingot 116. Embryo ingot 116 may include an outer solid shell 128, a transitional metal region (e.g., solidification interface 126), and a molten metal core 124.

분산질 침전 촉진을 시작하기 위해, 배아 잉곳(116)의 응고된 쉘(128)은 금형 공동(112)의 바닥(예를 들어, 배아 잉곳(116)이 금형 공동(112)를 빠져나가는 곳)으로부터 고체 쉘(118)이 재가열을 시작하는 위치까지의 거리로 정의되는 재가열기 거리(130)에서 시작하여 재가열된다. 재가열기 거리(130)는 금형과 재가열이 시작되는 위치(예를 들어, 냉각제(114)를 제거하는 데 사용되는 와이퍼(142)와 같은 재가열 디바이스의 위치) 사이의 거리일 수 있다. 재가열이 시작되는 위치를 과도 위치(transition location)라고 할 수 있다.To begin promoting dispersoid precipitation, the solidified shell 128 of the embryo ingot 116 is placed at the bottom of the mold cavity 112 (e.g., where the embryo ingot 116 exits the mold cavity 112). Reheating occurs starting from the reheater distance 130, which is defined as the distance from the solid shell 118 to the position at which reheating begins. Reheater distance 130 may be the distance between the mold and a location where reheating begins (e.g., the location of a reheating device, such as a wiper 142 used to remove coolant 114). The location where reheating begins can be referred to as the transition location.

다양한 기술이 고체 쉘(128)을 재가열하기 위해 사용될 수 있지만, 도 1은 와이퍼(142)를 사용하여 배아 잉곳(116)으로부터 냉각제(114)를 제거하는 것을 도시한다. 도 1의 와이퍼(142)는 고체 와이퍼로 도시되어 있지만, 유체 기반 와이퍼(예를 들어, 에어 나이프)와 같은 다른 와이퍼도 사용될 수 있다. 냉각제(114)는 배아 잉곳(116)의 코어가 여전히 용융되어 있는 단면에서 배아 잉곳(116)으로부터 제거된다. 따라서, 용융 금속 코어(124), 특히 재가열기 거리(130)와 용융 금속 거리(132)(아래에서 정의됨) 사이의 용융 금속 코어(124) 영역으로부터의 잠열(latent heat)은 고체 쉘(128)을 재가열할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 재가열기 거리(130) 및/또는 용융 금속 거리(132)를 조정함으로써, 재가열의 타이밍 및 양은 정밀하게 제어될 수 있다.Although various techniques may be used to reheat the solid shell 128, Figure 1 shows the removal of coolant 114 from the embryo ingot 116 using a wiper 142. Wiper 142 in FIG. 1 is shown as a solid wiper, but other wipers may also be used, such as fluid-based wipers (eg, air knives). Coolant 114 is removed from the embryo ingot 116 at the cross section where the core of the embryo ingot 116 is still molten. Accordingly, the latent heat from the molten metal core 124, particularly the region of the molten metal core 124 between the reboiler distance 130 and the molten metal distance 132 (defined below), is transferred to the solid shell 128. ) can be reheated. Accordingly, by adjusting the reheater distance 130 and/or the molten metal distance 132, as described in more detail herein, the timing and amount of reheating can be precisely controlled.

재가열기 거리(130)는 용융 금속 거리(132) 및 섬프 거리(134)보다 짧을 수 있다. 용융 금속 거리(132)는 금형 공동(112)의 바닥으로부터 용융 금속 코어(124)의 바닥까지의 거리로 정의될 수 있다. 섬프 거리(134)는 금형 공동(112)의 바닥으로부터 응고 계면(126)의 바닥까지의 거리로 정의될 수 있다.Reboiler distance 130 may be shorter than molten metal distance 132 and sump distance 134. Molten metal distance 132 may be defined as the distance from the bottom of mold cavity 112 to the bottom of molten metal core 124. Sump distance 134 may be defined as the distance from the bottom of mold cavity 112 to the bottom of solidification interface 126.

일부 경우에는, 용융 금속 거리(132)와 재가열기 거리(130) 사이의 차이는 예를 들어 용융 금속 코어(132)의 형상 변화를 유도함으로써(예를 들어, 주조 속도를 변경하고 및/또는 교반을 유도함으로써) 용융 금속 거리(132)를 조정하거나, 와이퍼(142)를 이동시켜 재가열기 거리(130)를 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 주조 속도, 교반 및/또는 와이퍼(142) 조정은 임의의 적절한 액추에이터에 결합된 제어기(138)에 의해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어기(138)는 미리 설정된 루틴에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 제어기(138)는 센서(144)에 의해 취해진 온도 측정치와 같은 주조 공정으로부터의 동적 피드백에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 센서(144)는 접촉 또는 비접촉 센서와 같은 임의의 적절한 온도 센서일 수 있다. 도 1의 센서(144)는 고체 쉘(128)의 표면을 측정하기 위해 고체 쉘(128)에 인접하여 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 경우에 따라 센서(들)을 다른 위치에 배치하고 섬프 온도 또는 냉각제 온도와 같은 다른 잉곳 측정치를 얻을 수 있다.In some cases, the difference between the molten metal distance 132 and the reboiler distance 130 may be achieved, for example, by inducing a change in the shape of the molten metal core 132 (e.g., by changing the casting speed and/or stirring It can be controlled by adjusting the molten metal distance 132 or by moving the wiper 142 to adjust the reheater distance 130. These casting speed, agitation and/or wiper 142 adjustments may be controlled by a controller 138 coupled to any suitable actuator. In some cases, controller 138 may perform operations based on preset routines. In some cases, controller 138 may perform operations based on dynamic feedback from the casting process, such as temperature measurements taken by sensor 144. Sensor 144 may be any suitable temperature sensor, such as a contact or non-contact sensor. Sensor 144 in FIG. 1 is shown adjacent to solid shell 128 for measuring the surface of solid shell 128, but this need not be the case. In some cases, the sensor(s) can be placed in different locations and different ingot measurements such as sump temperature or coolant temperature can be obtained.

선택적인 흐름 제어기(140)가 공급 튜브(104)를 통한 용융 금속의 흐름을 제어하도록 위치될 수 있다. 적절한 흐름 제어기(140)의 예는 금속 흐름을 늦추고 및/또는 정지시키기 위한 철회식 핀, 자기 펌프, 전기 펌프, 또는 공급 튜브(104)를 통한 금속 흐름을 증가 및/또는 감소시키기 위한 임의의 적절한 디바이스를 포함한다.An optional flow controller 140 may be positioned to control the flow of molten metal through the feed tube 104. Examples of suitable flow controllers 140 include retractable pins to slow and/or stop metal flow, magnetic pumps, electric pumps, or any suitable device to increase and/or decrease metal flow through feed tube 104. Includes devices.

와이퍼 시스템이 도 1에 도시되어 있지만, 와이퍼 시스템 대신에 또는 와이퍼 시스템에 추가하여 다른 유형의 재가열 기술이 재가열기 거리(130)에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 직접 화염 충돌, 회전 자기 히터, 또는 다른 디바이스를 사용하여 용융 금속 코어(124)로부터의 임의의 잠열에 추가하여 고체 쉘(128)에 열을 가할 수 있다. 일부 경우에, 고체 쉘(128)에 열을 가하기 위한 이러한 기술은 제공되는 열의 양 및/또는 열이 제공되는 위치를 제어하는 것과 같이 제어될 수 있다. 이러한 제어는 제어기(138)에 의해 수행될 수 있다.Although a wiper system is shown in FIG. 1 , other types of reheating techniques may be used in the reheater street 130 instead of or in addition to the wiper system. For example, direct flame impingement, rotating magnetic heaters, or other devices may be used to heat the solid shell 128 in addition to any latent heat from the molten metal core 124. In some cases, these techniques for applying heat to the solid shell 128 can be controlled, such as controlling the amount of heat provided and/or the location where the heat is provided. This control may be performed by controller 138.

도 2는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 섬프 깊이 제어를 갖는 인시튜 분산질 침전을 위한 금속 주조 시스템(200)의 부분 절개도이다. 금속 주조 시스템(200)은 도 1의 금속 주조 시스템(100)과 유사할 수 있다. 금속 소스(202)는 용융 금속을 공급 튜브(204) 아래로, 흐름 제어기(240)를 통해 노즐(206) 밖으로 공급할 수 있다. 흐름 제어기(240)는 금속 소스(202)로부터 용융 금속 코어(224)로 증가된 흐름을 제공할 수 있다. 공급 튜브(204)를 통한 용융 금속의 이러한 증가된 흐름은 용융 금속 코어(224) 내의 증가된 흐름(246)을 초래할 수 있다. 증가된 흐름(246)은 도 1에 도시된 흐름 구성과 비교하여 증가된 체적 유량, 증가된 선형 유량, 또는 증가된 체적 유량 및 증가된 선형 유량 모두일 수 있거나 이에 대응할 수 있다.2 is a partial cutaway view of a metal casting system 200 for in situ dispersoid precipitation with sump depth control in accordance with certain aspects of the disclosure. Metal casting system 200 may be similar to metal casting system 100 of FIG. 1 . Metal source 202 may supply molten metal down supply tube 204 and out of nozzle 206 through flow controller 240 . Flow controller 240 may provide increased flow from metal source 202 to molten metal core 224. This increased flow of molten metal through feed tube 204 may result in increased flow 246 within molten metal core 224. Increased flow 246 may be or correspond to an increased volumetric flow rate, an increased linear flow rate, or both an increased volumetric flow rate and an increased linear flow rate compared to the flow configuration shown in FIG. 1 .

이러한 증가된 흐름(246)은 강한 교반을 제공할 수 있고 응고 계면(226)의 일부를 침식할 수 있는 제트로서 작용할 수 있다. 제트는 금속 섬프의 바닥(예를 들어, 액체 금속 코어(224)의 최하부 부분)에서 고체 쉘(228) 및 응고 계면(226) 내에 함몰부(depression)를 생성할 수 있다. 그렇게 함으로써, 용융 금속 거리(232) 및 섬프 거리(234)가 증가될 수 있다.This increased flow 246 can provide strong agitation and act as a jet that can erode part of the solidification interface 226. The jet may create a depression within the solid shell 228 and solidification interface 226 at the bottom of the metal sump (e.g., the lowest portion of the liquid metal core 224). By doing so, the molten metal distance 232 and sump distance 234 may be increased.

따라서, 와이퍼(242)가 도 1의 와이퍼(142)와 금형(212)로부터 동일한 재가열기 거리(230)에 위치하는 경우, 배아 잉곳(216)의 고체 쉘(228)은 도 1에 도시된 것보다 용융 금속 코어(224)로부터 더 많은 가열을 겪을 수 있고, 이는 용융 금속 거리(232)와 재가열기 거리(230) 사이의 차이가 더 크기 때문이다.Accordingly, if the wiper 242 is located at the same reboiler distance 230 from the mold 212 as the wiper 142 in FIG. 1, the solid shell 228 of the embryo ingot 216 is as shown in FIG. More heating can be experienced from the molten metal core 224 because the difference between the molten metal distance 232 and the reheater distance 230 is greater.

교반 강도 및/또는 흐름(246)의 양은 임의의 적절한 액추에이터(예를 들어, 흐름 제어기(240))에 결합된 제어기(238)에 의해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어기(238)는 미리 설정된 루틴에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 제어기(238)는 센서(244)에 의해 취해진 온도 측정치와 같은 주조 공정으로부터의 동적 피드백에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 센서(244)는 접촉 또는 비접촉 센서와 같은 임의의 적절한 온도 센서일 수 있다. 도 2의 센서(244)는 고체 쉘(228)의 표면을 측정하기 위해 고체 쉘(228)에 인접하여 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 경우에 따라 센서(들)를 다른 위치에 배치하고 섬프 온도 또는 냉각수 온도와 같은 다른 잉곳 측정치를 얻을 수 있다.The intensity of agitation and/or amount of flow 246 may be controlled by controller 238 coupled to any suitable actuator (e.g., flow controller 240). In some cases, controller 238 may perform operations based on preset routines. In some cases, controller 238 may perform operations based on dynamic feedback from the casting process, such as temperature measurements taken by sensor 244. Sensor 244 may be any suitable temperature sensor, such as a contact or non-contact sensor. Sensor 244 in FIG. 2 is shown adjacent to solid shell 228 for measuring the surface of solid shell 228, but this need not be the case. In some cases, the sensor(s) can be placed in different locations and different ingot measurements such as sump temperature or coolant temperature can be obtained.

도 3은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 흐름 제어식 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템(300)의 부분 절개도이다. 금속 주조 시스템(300)의 다양한 양태는 적절한 경우 도 1의 금속 주조 시스템(100)의 양태와 유사할 수 있다. 금속 소스(302)는 용융 금속을 공급 튜브(304) 아래로, 흐름 제어기(340)를 통해 노즐(306) 밖으로 공급할 수 있다. 흐름 제어기(340)는 금속 소스(302)로부터 용융 금속 코어(324)로 증가된 흐름을 제공할 수 있다. 공급 튜브(304)를 통한 용융 금속의 이러한 증가된 흐름은 용융 금속 코어(324) 내의 증가된 흐름(346)을 초래할 수 있다.3 is a partial cutaway view of a metal casting system 300 for controlled flow vigorous agitation in accordance with certain aspects of the present disclosure. Various aspects of metal casting system 300 may be similar to aspects of metal casting system 100 of FIG. 1 where appropriate. A metal source 302 may supply molten metal down a supply tube 304 and out of a nozzle 306 through a flow controller 340 . Flow controller 340 may provide increased flow from metal source 302 to molten metal core 324. This increased flow of molten metal through feed tube 304 may result in increased flow 346 within molten metal core 324.

이러한 증가된 흐름(346)은 강한 교반을 제공할 수 있고 응고 계면(326)의 일부를 침식할 수 있는 제트로서 작용할 수 있다. 제트는 금속 섬프의 바닥(예를 들어, 액체 금속 코어(324)의 최하부 부분)에서 고체 쉘(328) 및 응고 계면(326) 내에 함몰부를 생성할 수 있다. 흐름(346)의 강도 및 그에 따른 결과적인 제트는 원하는 형상의 함몰부를 달성하도록 제어될 수 있다. 흐름이 너무 적으면, 함몰부가 없거나 작은 직경의 함몰부가 생성될 수 있다. 흐름이 너무 높으면, 함몰부의 직경이 너무 클 수 있다. 그러나 바람직한 함몰부는 섬프 바닥의 지름과 매칭되는 지름을 가질 수 있으며, 결과적으로 매끄럽고 점진적인 형상(gradual shape)을 가진 섬프가 된다. 함몰부가 있는 섬프의 형태는 응고 계면(326)의 측들 위로 용융 금속의 흐름을 용이하게 할 수 있으며, 이는 응고 계면(326)으로부터 거부된 불순물 및 수소를 제거하는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라 입자를 재현탁시키고(resuspending) 입자 구조를 개선하여 더 미세한 입자를 달성할 수 있다.This increased flow 346 can provide strong agitation and act as a jet that can erode part of the solidification interface 326. The jet may create a depression within the solid shell 328 and solidification interface 326 at the bottom of the metal sump (e.g., the lowest portion of the liquid metal core 324). The intensity of flow 346 and the resulting jet can be controlled to achieve a depression of the desired shape. If the flow is too little, no depressions may be present or small diameter depressions may be created. If the flow is too high, the diameter of the depression may be too large. However, the preferred depression would have a diameter that matches the diameter of the sump bottom, resulting in a sump with a smooth, graduated shape. The shape of the sump with depressions can facilitate the flow of molten metal over the sides of the solidification interface 326, which facilitates the removal of rejected impurities and hydrogen from the solidification interface 326 as well as reproducing particles. Finer particles can be achieved by resuspending and improving particle structure.

교반 강도 및/또는 흐름(346)의 양은 임의의 적절한 액추에이터(예를 들어, 흐름 제어기(340))에 결합된 제어기(338)에 의해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어기(338)는 미리 설정된 루틴에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 제어기(338)는 센서(344)에 의해 취해진 온도 측정치와 같은 주조 공정으로부터의 동적 피드백에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 센서(344)로부터의 피드백은 응고 계면 프로파일(예를 들어, 응고 계면의 형상)을 추론하고 원하는 응고 계면 프로파일을 달성하거나 유지하기 위한 조치를 수행하는 데 사용될 수 있다. 센서(344)는 접촉식 또는 비접촉식 센서와 같은 임의의 적절한 온도 센서일 수 있다. 도 3의 센서(344)는 고체 쉘(328)의 표면을 측정하기 위해 고체 쉘(328)에 인접하여 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 일부 경우에 센서를 다른 위치에 배치하고 섬프 온도 또는 냉각수 온도와 같은 다른 잉곳 측정치를 얻을 수 있다.The intensity of agitation and/or amount of flow 346 may be controlled by controller 338 coupled to any suitable actuator (e.g., flow controller 340). In some cases, controller 338 may perform operations based on preset routines. In some cases, controller 338 may perform operations based on dynamic feedback from the casting process, such as temperature measurements taken by sensor 344. In some cases, feedback from sensor 344 can be used to infer the solidification interface profile (e.g., the shape of the solidification interface) and take action to achieve or maintain the desired solidification interface profile. Sensor 344 may be any suitable temperature sensor, such as a contact or non-contact sensor. Sensor 344 in FIG. 3 is shown adjacent to solid shell 328 for measuring the surface of solid shell 328, but this need not be the case. In some cases, it is possible to place sensors in different locations and obtain different ingot measurements, such as sump temperature or coolant temperature.

도 4는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 다중 공급 튜브들을 갖는 흐름 제어식 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템(400)의 부분 절단도이다. 금속 주조 시스템(400)은 도 3의 금속 주조 시스템(300)과 유사할 수 있다. 금속 소스(402)는 용융 금속을 다중 공급 튜브들(404, 450, 454) 아래로 공급할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 3개의 공급 튜브들이 사용되지만, 임의의 수의 공급 튜브들을 사용할 수 있다. 각각의 공급 튜브(404, 450, 454)는 각각 흐름 제어기(440, 456, 452)와 연관될 수 있다. 흐름 제어기들(440, 456, 452)은 핀 밸브로 도시되어 있지만, 임의의 적절한 흐름 제어기가 사용될 수 있다. 다중 공급 튜브들(404, 450, 454)이 용융 금속을 용융 금속 코어(424)에 공급하기 위해 사용될 때, 증가된 흐름(446)은 하나 이상의 공급 튜브들(예를 들어, 공급 튜브들(450, 454))을 통한 흐름을 감소시키고, 하나 이상의 나머지 공급 튜브(예를 들어, 공급 튜브(404))를 통한 흐름을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 흐름 제어기들(452, 456)은 폐쇄되고 흐름 제어기(440)는 개방되어 더 많은 유체가 중앙 공급 튜브(404)를 통해 흘러나와 용융 금속 코어(424) 내에 증가된 흐름(446)을 생성한다.4 is a partial cutaway view of a metal casting system 400 for controlled flow vigorous agitation with multiple feed tubes in accordance with certain aspects of the present disclosure. Metal casting system 400 may be similar to metal casting system 300 of FIG. 3 . Metal source 402 may feed molten metal down multiple feed tubes 404, 450, 454. As shown in Figure 4, three feed tubes are used, but any number of feed tubes can be used. Each supply tube 404, 450, 454 may be associated with a flow controller 440, 456, 452, respectively. Flow controllers 440, 456, 452 are shown as pin valves, but any suitable flow controller may be used. When multiple feed tubes 404, 450, 454 are used to supply molten metal to the molten metal core 424, increased flow 446 is directed to one or more feed tubes (e.g., feed tubes 450 , 454), and increasing flow through one or more remaining feed tubes (e.g., feed tube 404). As shown in FIG. 4 , flow controllers 452 and 456 are closed and flow controller 440 is open to allow more fluid to flow through central feed tube 404 and increase the amount of fluid within molten metal core 424. Create flow 446.

이러한 증가된 흐름(446)은 강한 교반을 제공할 수 있고 응고 계면(426)의 일부를 침식할 수 있는 제트로 작용할 수 있다. 제트는 금속 섬프의 바닥(예를 들어, 액체 금속 코어(424)의 최하부 부분)에서 고체 쉘(428) 및 응고 계면(426) 내에 함몰부를 생성할 수 있다. 흐름(446)의 강도, 따라서 결과적인 제트는 원하는 형상의 함몰부를 달성하도록 제어될 수 있다(예를 들어, 임의의 흐름 제어기들(452, 440, 456)를 작동시켜). 흐름이 너무 적으면, 함몰부가 없거나 작은 직경의 함몰부가 생성될 수 있다. 흐름이 너무 많으면 함몰부의 직경이 너무 클 수 있다. 그러나 바람직한 함몰부는 섬프 바닥의 직경과 매칭되는 직경을 가질 수 있으며, 결과적으로 매끄럽고 점진적인 형상을 가진 섬프가 된다. 함몰부가 있는 섬프의 형태는 응고 계면(426)의 측들 위로 용융 금속의 흐름을 용이하게 할 수 있으며, 이는 응고 계면(426)으로부터 거부된 불순물 및 수소를 제거하는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라 입자를 재현탁시키고 입자 구조를 개선하여 더 미세한 입자를 달성할 수 있다.This increased flow 446 can provide strong agitation and act as a jet that can erode part of the solidification interface 426. The jet may create a depression within the solid shell 428 and solidification interface 426 at the bottom of the metal sump (e.g., the lowest portion of the liquid metal core 424). The intensity of flow 446, and therefore the resulting jet, can be controlled (e.g., by actuating any of the flow controllers 452, 440, 456) to achieve a depression of the desired shape. If the flow is too little, no depressions may be present or small diameter depressions may be created. If there is too much flow, the diameter of the depression may be too large. However, the preferred depression would have a diameter that matches the diameter of the sump bottom, resulting in a sump with a smooth, graduated shape. The shape of the sump with depressions can facilitate the flow of molten metal over the sides of the solidification interface 426, which facilitates the removal of rejected impurities and hydrogen from the solidification interface 426 as well as reproducing particles. By turbidizing and improving particle structure, finer particles can be achieved.

교반의 강도 및/또는 흐름(446)의 양은 임의의 적절한 액추에이터(예를 들어, 흐름 제어기들(440, 452, 456))에 결합된 제어기(438)에 의해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어기(438)는 미리 설정된 루틴에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 제어기(438)는 센서(444)에 의해 취해진 온도 측정치와 같은 주조 공정으로부터의 동적 피드백에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 센서(444)로부터의 피드백은 응고 계면 프로파일(예를 들어, 응고 계면의 형상)을 추론하고 원하는 응고 계면 프로파일을 달성하거나 유지하기 위한 조치를 수행하는 데 사용될 수 있다. 센서(444)는 접촉식 또는 비접촉식 센서와 같은 임의의 적절한 온도 센서일 수 있다. 도 4의 센서(444)는 고체 쉘(428)의 표면을 측정하기 위해 솔리드 쉘(428)에 인접하여 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 일부 경우에, 센서를 다른 위치에 배치하고 섬프 온도 또는 냉각수 온도와 같은 다른 잉곳 측정치를 얻을 수 있다.The intensity of agitation and/or amount of flow 446 may be controlled by a controller 438 coupled to any suitable actuator (e.g., flow controllers 440, 452, 456). In some cases, controller 438 may perform operations based on preset routines. In some cases, controller 438 may perform operations based on dynamic feedback from the casting process, such as temperature measurements taken by sensor 444. In some cases, feedback from sensor 444 can be used to infer the solidification interface profile (e.g., the shape of the solidification interface) and take action to achieve or maintain the desired solidification interface profile. Sensor 444 may be any suitable temperature sensor, such as a contact or non-contact sensor. Sensor 444 in FIG. 4 is shown adjacent to solid shell 428 to measure the surface of solid shell 428, but this need not be the case. In some cases, it is possible to place sensors in different locations and obtain different ingot measurements, such as sump temperature or coolant temperature.

도 5는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 자기 교반기를 갖는 강한 교반을 위한 금속 주조 시스템(500)의 부분 절개도이다. 금속 주조 시스템(500)은 도 3의 금속 주조 시스템(300)과 유사할 수 있다. 금속 소스(502)는 공급 튜브(504) 아래로 그리고 노즐(506) 밖으로 용융 금속을 공급할 수 있다. 일부 경우에는 흐름 제어기를 사용할 수 있지만, 도 5에는 아무것도 도시되어 있지 않다.5 is a partial cutaway view of a metal casting system 500 for vigorous agitation with a magnetic stirrer in accordance with certain aspects of the present disclosure. Metal casting system 500 may be similar to metal casting system 300 of FIG. 3 . Metal source 502 may supply molten metal down feed tube 504 and out of nozzle 506. In some cases flow controllers may be used, but none are shown in Figure 5.

비접촉 자기 교반기들(560)은 표면 흐름(566, 568)을 생성하기 위해 용융 금속 코어(524)에 인접하게 위치된다. 비접촉 자기 교반기(560)는 전자기 또는 영구 자석일 수 있다. 예에서, 영구 자석 비접촉 자기 교반기(560)는 공급 튜브(504)의 대향 측면에 위치될 수 있고 공급 튜브(504)를 향한 표면 흐름(566, 568)을 생성하기 위해 적절한 방향(562, 564)으로 회전할 수 있다. 이 표면 흐름(556, 568)은 공급 튜브(504) 밖으로 흐르는 용융 금속과 상호작용할 수 있고 용융 금속 코어(524) 내에 증가된 흐름(546)을 제공할 수 있다.Non-contact magnetic stirrers 560 are positioned adjacent the molten metal core 524 to create surface flows 566, 568. Non-contact magnetic stirrer 560 can be electromagnetic or permanent magnet. In an example, permanent magnet non-contact magnetic stirrers 560 may be positioned on opposite sides of feed tube 504 and oriented in appropriate directions 562, 564 to create surface flows 566, 568 toward feed tube 504. can be rotated. This surface flow 556, 568 can interact with the molten metal flowing out of the feed tube 504 and provide increased flow 546 within the molten metal core 524.

이러한 증가된 흐름(546)은 강한 교반을 제공할 수 있고 응고 계면(526)의 일부를 침식할 수 있는 제트로 작용할 수 있다. 제트는 금속 섬프의 바닥(예를 들어, 액체 금속 코어(524)의 최하부 부분)에서 고체 쉘(528) 및 응고 계면(526) 내에 함몰부를 생성할 수 있다. 흐름(546)의 강도 및 그에 따른 결과적인 제트는 원하는 형상의 함몰부를 달성하도록 제어될 수 있다. 흐름이 너무 적으면 함몰부가 없거나 작은 직경의 함몰부가 생성될 수 있다. 흐름이 너무 높으면 함몰부의 직경이 너무 클 수 있다. 그러나 바람직한 함몰부는 섬프 바닥의 직경과 매칭되는 직경을 가질 수 있으며, 결과적으로 매끄럽고 점진적인 형상을 가진 섬프가 된다. 함몰부가 있는 섬프의 형상은 응고 계면(526)의 측들 위로 용융 금속의 흐름을 용이하게 할 수 있으며, 이는 응고 계면(526)으로부터 거부된 불순물 및 수소를 제거하는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라, 입자를 재현탁시키고 입자 구조를 개선하여 더 미세한 입자를 달성할 수 있다.This increased flow 546 can provide strong agitation and act as a jet that can erode part of the solidification interface 526. The jet may create a depression within the solid shell 528 and solidification interface 526 at the bottom of the metal sump (e.g., the lowest portion of the liquid metal core 524). The intensity of flow 546 and the resulting jet can be controlled to achieve a depression of the desired shape. Too little flow may result in no depressions or small diameter depressions. If the flow is too high, the diameter of the depression may be too large. However, the preferred depression would have a diameter that matches the diameter of the sump bottom, resulting in a sump with a smooth, graduated shape. The shape of the sump with the depression can facilitate the flow of molten metal over the sides of the solidification interface 526, which not only facilitates the removal of rejected impurities and hydrogen from the solidification interface 526, but also facilitates the removal of particles. Finer particles can be achieved by resuspending and improving particle structure.

교반의 강도 및/또는 흐름(546)의 양은 임의의 적절한 액추에이터(예를 들어, 비접촉 교반기(560))에 결합된 제어기(538)에 의해 제어될 수 있다. 일부 경우에, 제어기(538)는 미리 설정된 루틴에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 제어기(538)는 센서(544)에 의해 취해진 온도 측정치와 같은 주조 공정으로부터의 동적 피드백에 기초하여 동작을 수행할 수 있다. 일부 경우에, 센서(544)로부터의 피드백은 응고 계면 프로파일(예를 들어, 응고 계면의 형상)을 추론하고 원하는 응고 계면 프로파일을 달성하거나 유지하기 위한 조치를 수행하는 데 사용될 수 있다. 센서(544)는 접촉식 또는 비접촉식 센서와 같은 임의의 적절한 온도 센서일 수 있다. 도 5의 센서(544)는 고체 쉘(528)의 표면을 측정하기 위해 고체 쉘(528)에 인접하여 도시되어 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 일부 경우에, 센서를 다른 위치에 배치하고 섬프 온도 또는 냉각수 온도와 같은 다른 잉곳 측정치를 얻을 수 있다.The intensity of agitation and/or amount of flow 546 may be controlled by a controller 538 coupled to any suitable actuator (e.g., non-contact stirrer 560). In some cases, controller 538 may perform operations based on preset routines. In some cases, controller 538 may perform operations based on dynamic feedback from the casting process, such as temperature measurements taken by sensor 544. In some cases, feedback from sensor 544 can be used to infer the solidification interface profile (e.g., the shape of the solidification interface) and take action to achieve or maintain the desired solidification interface profile. Sensor 544 may be any suitable temperature sensor, such as a contact or non-contact sensor. Sensor 544 in FIG. 5 is shown adjacent to solid shell 528 for measuring the surface of solid shell 528, but this need not be the case. In some cases, it is possible to place sensors in different locations and obtain different ingot measurements, such as sump temperature or coolant temperature.

도 6은 강한 교반 없이 용융 섬프(600)의 바닥의 확대 개략도이다. 용융 금속 코어(624) 및 응고 계면(626)의 바닥, 뿐만 아니라 고체 쉘(628)의 인접 부분은 다른 요인뿐만 아니라 부유 입자들의 침전으로 인해 고르지 않은, 빌드업 형상을 취할 수 있다. 결과적으로, 용융 금속은 이 영역 근처에서 다소 고여있는 상태로 남아 있을 수 있다. 용융 섬프의 이 바닥 영역은 응고 계면(626)의 경사 벽이 최대 깊이에 도달하는 영역들 사이에 대략적으로 정의될 수 있는 폭(670)을 가질 수 있다.Figure 6 is an enlarged schematic view of the bottom of the melt sump 600 without vigorous agitation. The bottom of the molten metal core 624 and solidification interface 626, as well as adjacent portions of the solid shell 628, may take on an uneven, built-up shape due to settling of suspended particles as well as other factors. As a result, the molten metal may remain somewhat stagnant near this area. This bottom region of the melt sump may have a width 670 that can be roughly defined between the regions where the sloping walls of the solidification interface 626 reach their maximum depth.

도 7은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 강한 교반을 겪는 용융 섬프(700)의 바닥의 확대 개략도이다. 용융 금속 코어(724) 및 응고 계면(726)의 바닥, 뿐만 아니라 고체 쉘(728)의 인접 부분은 용융 금속의 증가된 흐름(746)으로 인해 균일한 U자형 또는 포물선형 프로파일을 취한다. 용융 금속의 흐름(746)은 응고 계면(726) 및 고체 쉘(728)로 함몰부(774)를 침식할 수 있다. 이 함몰부(774)는 (예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이) 교반 동안 섬프 교반 전의 바닥(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같음)으로부터 함몰부(774)의 바닥까지 연장되는 깊이(772)를 가질 수 있다. 함몰부(774)는 섬프 교반 전의 직경(예를 들어, 도 6의 직경(670))과 대략 동일한 직경(770)(예를 들어, 가장 큰 직경)을 가질 수 있다.FIG. 7 is an enlarged schematic diagram of the bottom of a melt sump 700 undergoing intense agitation according to certain aspects of the present disclosure. The bottom of the molten metal core 724 and solidification interface 726, as well as the adjacent portion of the solid shell 728, adopt a uniform U-shaped or parabolic profile due to the increased flow 746 of molten metal. Flow 746 of molten metal may erode depression 774 into solidification interface 726 and solid shell 728. This depression 774 extends from the bottom of the sump prior to agitation (e.g., as shown in FIG. 6) during agitation (e.g., as shown in FIG. 7) to the bottom of the depression 774. It can have depth (772). The depression 774 may have a diameter 770 (e.g., the largest diameter) that is approximately the same as the diameter before sump agitation (e.g., diameter 670 in FIG. 6).

용융 금속의 흐름(746)은 응고 계면(726)을 수 밀리미터 정도의 두께로, 예를 들어 대략 1mm와 5mm 사이 또는 약 10mm 이하로 적어도 응고 계면(726)의 바닥에서 또는 이에 인접하게 침식시키도록 제어될 수 있다. 일부 경우에, 흐름(746)은 적어도 응고 계면(726)의 바닥에서 또는 그에 인접한 응고 계면(726)을 대략 20mm, 19mm, 18mm 17mm, 16mm, 15mm, 14mm, 13mm, 12mm, 11mm, 10mm, 9mm, 8mm, 7mm, 6mm, 5mm, 4mm, 3mm, 2mm 또는 1mm 이하의 두께로 침식시키도록 제어될 수 있다. 도 8은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 인시튜 분산질 침전을 위한 공정(800)을 도시하는 흐름도이다. 블록(802)에서, 용융 금속이 금형에 공급된다. 블록(804)에서, 금형 내에 형성되고 있는 배아 잉곳이 주조 방향으로 전진된다(advanced). 블록(806)에서, 배아 잉곳이 금형을 빠져나가는 금형의 바닥과 재가열 위치 사이의 쉘로부터 열이 연속적으로 추출된다. 블록(808)에서, 배아 잉곳이 재가열된다. 재가열은 재가열 위치에서 시작될 수 있다. 일부 경우에, 재가열은 블록(806) 동안 배아 잉곳의 표면에 공급된 냉각제를 제거하는 것을 포함할 수 있다. 블록(810)에서, 배아 잉곳은 약 3시간과 같은 기간 동안 재가열 온도에서 유지될 수 있다. 일부 경우에, 잉곳을 재가열 온도로 유지하는 대신에, 잉곳이 블록(812)에서 점진적으로 냉각되도록 허용된다. 잉곳은 적어도 대략 3시간의 기간 동안과 같이 실온으로 점진적으로 냉각될 수 있다.The flow 746 of molten metal is at least at or adjacent to the bottom of the solidification interface 726 to erode the solidification interface 726 to a thickness of several millimeters, for example between approximately 1 mm and 5 mm or up to about 10 mm. It can be controlled. In some cases, flow 746 extends solidification interface 726 at least at or adjacent to the bottom of solidification interface 726 by approximately 20 mm, 19 mm, 18 mm, 17 mm, 16 mm, 15 mm, 14 mm, 13 mm, 12 mm, 11 mm, 10 mm, 9 mm. , can be controlled to erode to a thickness of 8 mm, 7 mm, 6 mm, 5 mm, 4 mm, 3 mm, 2 mm or less than 1 mm. FIG. 8 is a flow diagram illustrating a process 800 for in situ dispersoid precipitation according to certain aspects of the present disclosure. At block 802, molten metal is supplied to the mold. At block 804, the embryo ingot being formed in the mold is advanced in the casting direction. At block 806, heat is continuously extracted from the shell between the bottom of the mold where the embryo ingot exits the mold and the reheat location. At block 808, the embryo ingot is reheated. Reheating may be initiated from the reheat location. In some cases, reheating may include removing the coolant supplied to the surface of the embryo ingot during block 806. At block 810, the embryo ingot may be maintained at the reheat temperature for a period of time, such as about 3 hours. In some cases, instead of maintaining the ingot at the reheat temperature, the ingot is allowed to gradually cool in block 812. The ingot may be cooled gradually to room temperature, such as over a period of at least approximately 3 hours.

일부 경우에, 교반은 블록(816)에서 선택적으로 유도될 수 있다. 교반은 주조되는 잉곳의 다양한 특성을 개선할 뿐만 아니라 용융 섬프의 깊이를 낮추어 블록(808)에서 수행되는 재가열에 영향을 미치도록 유도될 수 있다.In some cases, agitation may be selectively induced at block 816. Agitation can be induced to influence the reheating performed in block 808 by lowering the depth of the melt sump as well as improving various properties of the ingot being cast.

일부 경우에, 온도 모니터링은 블록(814)에서 선택적으로 수행될 수 있다. 온도 모니터링의 결과는 블록(816)에서 유도된 교반의 양 및/또는 블록(808)과 관련하여 사용된 재가열 위치를 조정하는 데 사용될 수 있다. 블록(814)에서의 온도 모니터링은 연속적으로 발생할 수 있다.In some cases, temperature monitoring may optionally be performed at block 814. The results of the temperature monitoring may be used to adjust the amount of agitation induced in block 816 and/or the reheat location used in relation to block 808. Temperature monitoring in block 814 may occur continuously.

도 9는 본 개시내용의 특정 양태에 따른 직접 냉각 주조 잉곳에서 침전된 분산질의 고강도 구역을 생성하기 위한 공정(900)을 도시하는 흐름도이다. 블록(902)에서, 배아 잉곳이 형성될 수 있거나 형성을 시작할 수 있다. 블록(904)에서, 배아 잉곳의 내부 용융 코어의 적어도 일부는 응고되어 배아 잉곳의 고체 쉘을 형성할 수 있다. 블록(906)에서, 침전된 분산질의 고강도 구역이 연속적으로 형성될 수 있다.9 is a flow diagram illustrating a process 900 for creating a high-strength zone of precipitated dispersoid in a direct cool cast ingot according to certain aspects of the present disclosure. At block 902, an embryo ingot may be formed or may begin to form. At block 904, at least a portion of the inner molten core of the embryo ingot may solidify to form a solid shell of the embryo ingot. At block 906, high-strength zones of precipitated dispersoid may be continuously formed.

블록(906)에서 침전된 분산질의 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 것은 블록(908)에서 재가열기 거리에서 외부 고체 쉘을 재가열하는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 잉곳의 온도는 블록(910)에서 측정될 수 있다. 이 측정은 블록(912)에서 재가열기 거리를 조정하고 및/또는 블록(916)에서 용융 금속 거리를 조정하는 데 사용될 수 있다. 블록(912)에서 재가열기 거리를 조정하는 것은 블록(914)에서 재가열기(예를 들어, 와이퍼)를 이동시키는 것을 포함할 수 있다. 블록(916)에서 용융 금속 거리를 조정하는 것은 블록(918)에서 교반을 유도하는 것을 포함할 수 있다.Continuously forming a high-strength zone of precipitated dispersoid in block 906 may include reheating the outer solid shell at a reheater distance in block 908. In some cases, the temperature of the ingot may be measured at block 910. This measurement can be used to adjust the reboiler distance in block 912 and/or the molten metal distance in block 916. Adjusting the reheater distance at block 912 may include moving the reheater (e.g., a wiper) at block 914. Adjusting the molten metal distance in block 916 may include inducing agitation in block 918.

도 10은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 고강도 구역(1074)을 도시하는 잉곳(1016)의 개략적인 횡단면 입면도이다. 고강도 구역(1074)은 잉곳(1016)의 표면에서 또는 그 근처에서 잉곳(1016)의 표면으로부터 잉곳(1016)의 길이방향 중심선(1016)까지의 절반 미만인 표면 깊이까지 연장되는 것으로 도시되어 있다.FIG. 10 is a schematic cross-sectional elevation view of an ingot 1016 illustrating a high-strength zone 1074 in accordance with certain aspects of the disclosure. High-strength zone 1074 is shown at or near the surface of ingot 1016 extending to a surface depth less than half the distance from the surface of ingot 1016 to the longitudinal centerline 1016 of ingot 1016.

도 11은 본 개시내용의 특정 양태에 따른 고강도 구역(1174)을 도시하는 잉곳(1116)의 개략적인 횡단면 평면도이다. 고강도 구역(1174)은 잉곳(1016)의 표면(예를 들어, 롤링 표면 및/또는 측 표면)에서 또는 그 근처에서 잉곳(1116)의 표면으로부터 관련 중심선까지, 예를 들어 잉곳(1116)의 롤링 표면에서 측방향 중심선(1180)까지 및 잉곳(1116)의 측면에서 롤링 면 중심선(1178)까지의 절반 미만의 표면 깊이까지 연장되는 것으로 도시되어 있다.11 is a schematic cross-sectional plan view of an ingot 1116 illustrating a high-strength zone 1174 according to certain aspects of the present disclosure. High-strength zone 1174 is located at or near the surface (e.g., rolling surface and/or side surface) of ingot 1016 from the surface of ingot 1116 to the associated centerline, e.g., at the rolling surface of ingot 1116. It is shown extending from the surface to the lateral centerline 1180 and less than half the surface depth from the side of the ingot 1116 to the rolling face centerline 1178.

도 12는 본 개시내용의 특정 양태에 따라 강하게 교반된 직접 냉각 주조 잉곳을 제조하기 위한 공정(1200)을 도시하는 흐름도이다. 블록(1202)에서, 용융 금속이 금형으로 전달될 수 있다. 블록(1204)에서, 용융 금속으로부터 열이 추출됨에 따라 외부 고체 쉘이 형성될 수 있다. 블록(1206)에서, 잉곳은 주조 속도로 금형 밖으로 전진될 수 있다. 블록(1208)에서, 교반 강도는 주소 속도를 이용하여 결정될 수 있다. 교반 강도는 감지되거나 알려진 주조 속도를 기반으로 할 수 있다. 블록(1210)에서, 교반은 블록(1208)에서 결정된 강도로 유도될 수 있다. 다른 기술이 사용될 수 있지만, 교반을 유도하는 것은 흐름 제어기 및/또는 비접촉 교반기를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 블록(1212)에서, 주조 속도가 수정될 수 있다. 주조 속도를 수정할 때, 교반 강도는 블록(1212)로부터 업데이트된 주조 속도에 기초하여 블록(1208)에서 다시 결정될 수 있다. 그 후, 새롭게 결정된 강도로 교반을 유도할 수 있다. 선택적 블록(1214)에서, 배아 잉곳의 온도가 모니터링될 수 있다. 잉곳 온도를 모니터링할 때, 교반 강도는 블록(1214)에서 측정된 온도에도 적어도 부분적으로 기초하여 블록(1208)에서 다시 결정될 수 있다. 그 후, 새롭게 결정된 강도로 교반을 유도할 수 있다.FIG. 12 is a flow diagram illustrating a process 1200 for making strongly agitated direct cool casting ingots in accordance with certain aspects of the present disclosure. At block 1202, molten metal may be delivered to the mold. At block 1204, an outer solid shell may be formed as heat is extracted from the molten metal. At block 1206, the ingot may be advanced out of the mold at the casting speed. At block 1208, the intensity of agitation may be determined using the address speed. Agitation intensity can be based on a sensed or known casting speed. At block 1210, agitation may be induced at the intensity determined at block 1208. Inducing agitation may include using a flow controller and/or a non-contact agitator, although other techniques may be used. At block 1212, the casting speed may be modified. When modifying the casting speed, the agitation intensity may be determined again at block 1208 based on the updated casting speed from block 1212. Agitation can then be induced at the newly determined intensity. In optional block 1214, the temperature of the embryo ingot may be monitored. When monitoring the ingot temperature, the agitation intensity may again be determined at block 1208 based at least in part on the temperature measured at block 1214. Agitation can then be induced at the newly determined intensity.

선택적 블록(1216)에서, 침전물 분산질의 고강도 구역이 본 명세서에 개시된 바와 같이 연속적으로 형성될 수 있다.In optional block 1216, high intensity zones of sediment dispersoids may be continuously formed as disclosed herein.

본 발명의 양태는 아래의 비제한적 실시예를 참조하여 추가로 이해될 수 있다.Aspects of the invention may be further understood by reference to the non-limiting examples below.

예시 1 - 잉곳의 분석Example 1 - Analysis of an ingot

주조 동안 교반이 유도된 본 명세서에 기재된 기술에 따라 제조된 기준 잉곳 및 샘플 잉곳을 포함하는 여러 상이한 알루미늄 합금 잉곳들이 획득되었다. 잉곳들은 모두 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이었다.Several different aluminum alloy ingots were obtained, including reference ingots and sample ingots made according to the technique described herein with induced agitation during casting. The ingots were all 7xxx series aluminum alloy.

기준 잉곳은 0.08wt.% Si, 0.15wt.% Fe, 1.58wt.% Cu, 0.02wt.% Mn, 2.52wt.% Mg, 0.193wt.% Cr, 0.01wt.% Ni, 5.61wt.% Zn, 0.012wt.% V, 0.019wt.% Ti, 0.001wt.% Ca, 0.010wt.% Zr, 그리고 나머지의 알루미늄의 조성을 가졌다. 기준 잉곳은 기존의 DC 주조를 사용하여 주조된 후 기존의 균질화 공정을 사용하였다. 50인치, 100인치 및 150인치 주조 길이에서 1인치 두께의 조각을 얻었고 아래 설명된 대로 분석하였다.The standard ingot is 0.08wt.% Si, 0.15wt.% Fe, 1.58wt.% Cu, 0.02wt.% Mn, 2.52wt.% Mg, 0.193wt.% Cr, 0.01wt.% Ni, 5.61wt.% Zn. , 0.012wt.% V, 0.019wt.% Ti, 0.001wt.% Ca, 0.010wt.% Zr, and the remainder was aluminum. The reference ingot was cast using conventional DC casting and then used a conventional homogenization process. One-inch thick pieces were obtained at 50-inch, 100-inch, and 150-inch casting lengths and analyzed as described below.

제1 샘플 잉곳은 0.09 wt.% Si, 0.20 wt.% Fe, 1.45 wt.% Cu, 0.04 wt.% Mn, 2.35 wt.% Mg, 0.20 wt.% Cr, 0.004 wt.% Ni, 5.45 wt.% Zn, 0.019 wt.% V, 0.03 wt.% Ti, 0.005 wt.% Ca, 0.010 wt.% Zr, 그리고 나머지의 알루미늄의 조성을 가졌다. 제1 샘플 잉곳을 본 명세서에 기재된 바와 같이 비접촉 교반을 사용하여 주조한 다음, 480°C에서 4시간 동안 균질화하였다. 비교용 제1 샘플 잉곳은 주조된 그대로의 특성이 평가될 수 있도록 균질화 없이 본 명세서에 기재된 바와 같이 비접촉 교반을 사용하여 주조되었다. 50인치, 100인치 및 150인치 주조 길이에서 1인치 두께의 조각을 얻었고 아래 설명된 대로 분석하였다.The first sample ingot was 0.09 wt.% Si, 0.20 wt.% Fe, 1.45 wt.% Cu, 0.04 wt.% Mn, 2.35 wt.% Mg, 0.20 wt.% Cr, 0.004 wt.% Ni, 5.45 wt. It had a composition of % Zn, 0.019 wt.% V, 0.03 wt.% Ti, 0.005 wt.% Ca, 0.010 wt.% Zr, and the remainder was aluminum. The first sample ingot was cast using non-contact agitation as described herein and then homogenized at 480°C for 4 hours. A first comparative sample ingot was cast using non-contact agitation as described herein without homogenization so that as-cast properties could be evaluated. One-inch thick pieces were obtained at 50-inch, 100-inch, and 150-inch casting lengths and analyzed as described below.

제2 샘플 잉곳은 0.11 wt.% Si, 0.20 wt.% Fe, 1.57 wt.% Cu, 0.05 wt.% Mn, 2.39 wt.% Mg, 0.18 wt.% Cr, 5.73 wt.% Zn, 0.03 wt.% Ti, 0.02 wt.% Zr, 0.02 wt.% Sr, 및 나머지 알루미늄의 조성을 가졌다. 제2 샘플 잉곳은 본 명세서에 기재된 바와 같이 비접촉 교반을 사용하여 주조된 후, 다단계 균질화가 뒤따랐다: 초기에 제2 샘플 잉곳을 약 50°C/hr의 속도로 465°C로 가열하고 465°C에서 4시간 동안 유지하였고; 이어서, 제2 샘플 잉곳을 465°C에서 480°C까지 5°C/hr로 가열하고 480°C에서 16시간 동안 유지하였다. 제2 샘플 잉곳은 시트 금속 샘플을 얻기 위해 통상적인 압연 공정을 거쳤다.The second sample ingot was 0.11 wt.% Si, 0.20 wt.% Fe, 1.57 wt.% Cu, 0.05 wt.% Mn, 2.39 wt.% Mg, 0.18 wt.% Cr, 5.73 wt.% Zn, 0.03 wt.%. It had a composition of % Ti, 0.02 wt.% Zr, 0.02 wt.% Sr, and the remainder aluminum. A second sample ingot was cast using non-contact agitation as described herein, followed by a multi-step homogenization: initially the second sample ingot was heated to 465°C at a rate of approximately 50°C/hr and then heated to 465°C. kept at C for 4 hours; The second sample ingot was then heated from 465°C to 480°C at 5°C/hr and held at 480°C for 16 hours. The second sample ingot was subjected to a conventional rolling process to obtain a sheet metal sample.

기준 잉곳(1300) 및 제1 샘플 잉곳(1350)의 1인치 두께 슬라이스의 단면도가 각각 도 13a 및 13b에 도시되어 있다. 기준 잉곳(1300)의 슬라이스는 약 1690mm의 폭(1301) 및 약 602mm의 두께(1302)를 갖고; 제1 샘플 잉곳(1350)의 슬라이스는 약 1750mm의 폭(1351) 및 약 519mm의 두께(1352)를 갖는다. 기준 잉곳(1300) 및 제1 샘플 잉곳(1350)의 분석은 9개 컬럼들(컬럼들 1 내지 9) 및 4개 로우들(로우들 A 내지 D) 범위에 걸쳐 샘플링 위치들의 그리드(grid)를 사용하여 수행되었다. 기준 잉곳(1300)의 다섯 번째 로우 E는 이 로우가 기준 잉곳(1300)의 에지(edge)에서 부분적으로 잘려 있기 때문에 완전히 분석되지 않았다. 기준 잉곳(1300)의 샘플링 위치들은 직경이 약 45mm였으며, 위치 9A는 기준 잉곳(1300) 및 제1 샘플 잉곳(1350)의 중심에 대응한다. 기준 잉곳(1300)에서 컬럼 1의 샘플링 위치들은 에지에서 약 30mm 떨어진 곳에 위치하였고 컬럼 1의 샘플링 위치들은 제1 샘플 잉곳(1350) 에지에서 약 58mm 떨어진 곳에 위치하였다. 기준 잉곳(1300)의 컬럼들은 서로 약 62mm 이격되어 있고 기준 잉곳(1300)의 로우들은 서로 약 42mm 이격되어 있다. 제1 샘플 잉곳(1350)의 컬럼들은 서로 약 61mm 이격되어 있고 제1 샘플 잉곳(1350)의 로우들은 서로 약 28mm 이격되어 있다.Cross-sectional views of 1 inch thick slices of the reference ingot 1300 and the first sample ingot 1350 are shown in FIGS. 13A and 13B, respectively. A slice of reference ingot 1300 has a width 1301 of approximately 1690 mm and a thickness 1302 of approximately 602 mm; A slice of the first sample ingot 1350 has a width 1351 of approximately 1750 mm and a thickness 1352 of approximately 519 mm. Analysis of the reference ingot 1300 and the first sample ingot 1350 comprised a grid of sampling locations spanning nine columns (columns 1 through 9) and four rows (rows A through D). It was carried out using The fifth row E of the reference ingot 1300 was not fully analyzed because this row was partially cut off at the edge of the reference ingot 1300. The sampling locations of the reference ingot 1300 were approximately 45 mm in diameter, with location 9A corresponding to the center of the reference ingot 1300 and the first sample ingot 1350. In the reference ingot 1300, the sampling positions of column 1 were located approximately 30 mm away from the edge, and the sampling positions of column 1 were located approximately 58 mm away from the edge of the first sample ingot 1350. The columns of the reference ingot 1300 are spaced apart from each other by approximately 62 mm and the rows of the standard ingot 1300 are spaced apart from each other by approximately 42 mm. The columns of the first sample ingot 1350 are spaced apart from each other by approximately 61 mm and the rows of the first sample ingot 1350 are spaced apart from each other by approximately 28 mm.

기준 잉곳(1300) 및 제1 샘플 잉곳(1350)에 대한 샘플링 위치들에 걸친 Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu의 거대편석은 X선 형광(XRF) 분광법을 사용하여 분석되었다. 제1 샘플 잉곳의 슬라이스들 각각(50인치, 100인치, 150인치)에 대해, Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu의 조성은 일반적으로 로우들 A 내지 D 및 컬럼들 1 내지 9에 걸쳐 안정적이었다.Macrosegregation of Fe, Zn, Cr, Mg, and Cu across sampling locations for the reference ingot 1300 and the first sample ingot 1350 was analyzed using X-ray fluorescence (XRF) spectroscopy. For each of the slices (50 inches, 100 inches, 150 inches) of the first sample ingot, the compositions of Fe, Zn, Cr, Mg, and Cu were generally stable across rows A through D and columns 1 through 9. .

기준 잉곳은 대부분의 이러한 요소들에 대해 상당한 양의 거대편석을 나타냈다. 위치의 함수로서 기준 잉곳의 100인치 슬라이스에 대한 Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu 조성을 보여주는 플롯이 도 14에 묘사되어 있다. 대조적으로, 제1 샘플 잉곳의 거대편석은 제한적이었다. 위치의 함수로서 제1 샘플 잉곳의 100인치 슬라이스에 대한 Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu 조성을 보여주는 플롯이 도 15에 묘사되어 있다.The reference ingot showed significant amounts of macrosegregation for most of these elements. A plot showing the Fe, Zn, Cr, Mg and Cu composition for a 100 inch slice of a reference ingot as a function of position is depicted in Figure 14. In contrast, macrosegregation in the first sample ingot was limited. A plot showing the Fe, Zn, Cr, Mg and Cu composition for a 100 inch slice of the first sample ingot as a function of position is depicted in Figure 15.

그러나, 제1 샘플 잉곳은 주조 후에 균질화되기 때문에 제1 비교 샘플 잉곳도 동일한 방식으로 조성을 분석하여 균질화 전에 주조된 잉곳의 거대편석을 평가하였다. Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu의 농도가 제1 샘플 잉곳과 제1 비교 샘플 잉곳 간에 약간 다르지만, 거대편석은 제1 비교 샘플 잉곳에서 유사하게 제한되었으며, 이는 비접촉 교반을 사용한 주조가 거대편석을 제한하는 데 도움이 될 수 있다는 것을 보여준다. 위치의 함수로서 제1 비교 샘플 잉곳의 100인치 슬라이스에 대한 Fe, Zn, Cr, Mg 및 Cu 조성을 보여주는 플롯이 도 16에 묘사되어 있다.However, since the first sample ingot was homogenized after casting, the composition of the first comparative sample ingot was analyzed in the same manner to evaluate macrosegregation of the ingot cast before homogenization. Although the concentrations of Fe, Zn, Cr, Mg, and Cu were slightly different between the first and first comparison sample ingots, macrosegregation was similarly limited in the first comparison sample ingot, indicating that casting using non-contact stirring did not cause macrosegregation. It shows that it can help limit A plot showing the Fe, Zn, Cr, Mg and Cu composition for a 100 inch slice of the first comparative sample ingot as a function of position is depicted in Figure 16.

기준 잉곳과 제1 샘플 잉곳의 다공성이 또한 잉곳의 슬라이스의 표면을 가로질러 3D 표면 프로파일리미터를 스캔하고 표면 프로파일이 기공으로서 주어진 깊이보다 큰 오목부를 갖는 영역을 식별함으로써 특성화되었다. 100인치 슬라이스에서 기준 잉곳 및 제1 샘플 잉곳의 샘플링 위치 각각에 대한 전체 다공성 플롯은 각각 도 17 및 도 18에 묘사되어 있다. 기준 잉곳은 제1 샘플 잉곳보다 더 큰 다공성을 나타냈다.The porosity of the reference ingot and the first sample ingot was also characterized by scanning a 3D surface profilometer across the surface of a slice of the ingot and identifying areas where the surface profile had depressions greater than a given depth as pores. The overall porosity plots for each of the sampling locations of the reference ingot and the first sample ingot in the 100 inch slice are depicted in Figures 17 and 18, respectively. The reference ingot exhibited greater porosity than the first sample ingot.

기준 잉곳과 제1 샘플 잉곳의 입자 구조도 특성화되었다. 입자 구조를 평가하기 위해 각 샘플링 위치에 대한 광학 현미경 이미지를 얻었다. 두 잉곳 모두 잉곳 중심에 가까울수록 상대적으로 더 조대한(coarser) 1차 Al 입자 구조를 나타내고 잉곳 표면으로 갈수록 상대적으로 미세한 입자 구조를 나타냈다. 기준 잉곳과 제11 샘플 잉곳에서 입자 경계 석출물과 미세한 MgZn2 석출물이 관찰되었다. 제1 비교 샘플 잉곳에서 더 많은 입자 경계 석출물이 관찰되었다.The grain structures of the reference ingot and the first sample ingot were also characterized. Optical microscopy images were obtained for each sampling location to evaluate particle structure. Both ingots showed a relatively coarser primary Al particle structure closer to the ingot center, and a relatively finer particle structure towards the ingot surface. Grain boundary precipitates and fine MgZn 2 precipitates were observed in the reference ingot and the 11th sample ingot. More grain boundary precipitates were observed in the first comparative sample ingot.

기준 잉곳, 제1 샘플 잉곳 및 제2 샘플 잉곳은 또한 금속간 화합물, 침전물 및 공융 혼합물(eutectic)의 존재 및 조성을 평가하기 위해 시차 주사 열량계(DSC) 및 x-선 회절(XRD)을 사용하여 특성화되었다. DSC 데이터는 표면에 더 가까운 위치(예를 들어, 로우 B, C 및 D)에서 저온 용융 상(예를 들어, MgZn2 및 Al2CuMg)의 명확한 존재를 보여주었지만, 잉곳의 중심에 더 가까운 위치(예를 들어, 로우 A)는 DSC 데이터에서 저온 용융의 증거를 나타내지 않았다. 그러나 XRD 데이터는 MgZn2의 존재를 나타내며, 잉곳의 중심에 더 가까운 위치(예를 들어, 로우 A)에서 미세 침전물의 형태일 수 있다. 제1 비교 잉곳에 대한 XRD 및 DSC 데이터는 잉곳의 중심에 가까운 위치를 포함하여 MgZn2, Al2MgC 및 Mg2Si를 포함한 여러 저온 용융 상의 증거를 보여주었다.The reference ingot, first sample ingot, and second sample ingot were also characterized using differential scanning calorimetry (DSC) and x-ray diffraction (XRD) to assess the presence and composition of intermetallic compounds, precipitates, and eutectics. It has been done. DSC data showed a clear presence of low-temperature melt phases (e.g. MgZn 2 and Al 2 CuMg) at locations closer to the surface (e.g. rows B, C and D), but closer to the center of the ingot. Locations (e.g., Row A) showed no evidence of cold melting in the DSC data. However, the XRD and DSC data for the first comparative ingot showed evidence of several low temperature melt phases including MgZn 2 , Al 2 MgC and Mg 2 Si, including locations close to the center of the ingot.

제2 샘플 잉곳의 압연 시트 금속의 샘플은 분석을 위해 기계적 테스트를 거쳤다. 압연 시트 금속은 두 가지 조건에서 제조되었다: T6 템퍼 조건 및 T6 템퍼 조건 후 페인트 베이킹(T6 + PB). 잉곳의 중앙과 양쪽 에지에서 샘플이 평가되었다. T6 템퍼 조건 중심 샘플은 가로 방향(T), 길이 방향(L) 및 대각선 방향(D)을 따라 평가되었다. 에지 샘플 및 T6 + PB 샘플은 길이 방향만을 따라 평가되었다. 측정된 속성, 평균 항복 응력(YS)(오프셋 0.2%), 평균 최대 인장 응력(TS), 평균 최대 축 변형률(AS) 및 평균 균일 연신율(UE)이 도 19에 표시된 플롯에 요약되어 있다.A sample of the rolled sheet metal of the second sample ingot was mechanically tested for analysis. Rolled sheet metal was manufactured under two conditions: T6 temper condition and T6 temper condition followed by paint baking (T6 + PB). Samples were evaluated from the center and both edges of the ingot. T6 temper condition centroid samples were evaluated along the transverse (T), longitudinal (L) and diagonal (D) directions. Edge samples and T6 + PB samples were evaluated along the longitudinal direction only. The measured properties, mean yield stress (YS) (offset 0.2%), mean ultimate tensile stress (TS), mean maximum axial strain (AS) and mean uniform elongation (UE) are summarized in the plot shown in Figure 19.

예시적인 양태들Exemplary Aspects

아래에 사용된 바와 같이, 일련의 양태들에 대한 참조는 이러한 각 예에 대한 참조로 분리된 것으로 이해되어야 한다(예를 들어, "양태들 1 내지 4"는 "양태 1, 2, 3 또는 4"로 이해되어야 함).As used below, references to a series of aspects are to be construed as separate references to each such instance (e.g., “aspects 1 to 4” to “aspects 1, 2, 3, or 4”) ").

양태 1은 주조 방법과 같은 방법으로서, 용융 금속을 주조 금형에 공급하고 외부 고체 쉘 및 내부 용융 코어를 포함하는 배아 잉곳을 형성하는 단계; 상기 주조 금형에 추가적인 용융 금속을 공급하면서 상기 주조 주형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 상기 배아 잉곳을 전진시키는 단계; 액체 냉각제의 공급을 상기 외부 고체 쉘의 외부 표면으로 향하게 하여 상기 주조 금형과 과도 위치 사이의 상기 배아 잉곳으로부터 열을 추출하는 단계; 및 상기 과도 위치에서 상기 배아 잉곳의 상기 외부 고체 쉘의 적어도 일부가 분산질을 침전시키기에 적합하고 상기 용융 금속의 균질화 온도보다 낮은 온도에 도달하도록 상기 과도 위치에서 상기 배아 잉곳을 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 과도 위치는 상기 전진 방향에 수직이고 상기 내부 용융 코어와 교차하는 평면에 있다.Embodiment 1 is a method, such as a casting method, comprising supplying molten metal into a casting mold and forming an embryo ingot comprising an outer solid shell and an inner molten core; advancing the embryo ingot in a forward direction away from the casting mold while supplying additional molten metal to the casting mold; directing a supply of liquid coolant to the outer surface of the outer solid shell to extract heat from the embryo ingot between the casting mold and the transient position; and reheating the embryo ingot at the transient position such that at least a portion of the outer solid shell of the embryo ingot at the transient position reaches a temperature suitable for precipitating a dispersoid and below the homogenization temperature of the molten metal. and the transient position is in a plane perpendicular to the advancing direction and intersecting the inner molten core.

양태 2는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 예를 들어 섭씨의, 상기 온도가 상기 용융 금속의, 예를 들어 섭씨의, 상기 균질화 온도의 80% 및 98% 사이이다.Aspect 2 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature, e.g. in degrees Celsius, is between 80% and 98% of the homogenization temperature of the molten metal, e.g. in degrees Celsius.

양태 3은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 예를 들어 섭씨의, 상기 온도가 상기 용융 금속의, 예를 들어 섭씨의, 상기 균질화 온도의 85% 및 90% 사이이다.Aspect 3 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature, e.g. in degrees Celsius, is between 85% and 90% of the homogenization temperature of the molten metal, e.g. in degrees Celsius.

양태 4는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 온도가 400°C 및 460°C 사이이다.Aspect 4 is the method of any preceding or succeeding aspect, wherein the temperature is between 400°C and 460°C.

양태 5는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 온도가 410°C 및 420°C 사이이다.Aspect 5 is the method of any preceding or succeeding aspect, wherein the temperature is between 410°C and 420°C.

양태 6은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 적어도 3시간 동안 상기 외부 고체 쉘의 상기 일부에서 상기 온도를 유지하는 단계를 더 포함한다.Aspect 6 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising maintaining the temperature in the portion of the outer solid shell for at least 3 hours.

양태 7은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳을 재가열하는 단계는 상기 외부 고체 쉘의 상기 외부 표면으로부터 상기 액체 냉각제를 제거하는 단계를 포함한다.Aspect 7 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein reheating the embryo ingot comprises removing the liquid coolant from the outer surface of the outer solid shell.

양태 8은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳을 재가열하는 단계는 상기 내부 용융 코어로부터의 잠열을 보충하기 위해 상기 외부 고체 쉘의 상기 외부 표면에 열을 가하는 단계를 더 포함한다.Aspect 8 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein reheating the embryo ingot further comprises applying heat to the outer surface of the outer solid shell to replenish latent heat from the inner molten core.

양태 9는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계; 및 상기 온도 측정을 기초로 상기 과도 위치를 동적으로 조정하는 단계를 더 포함한다.Aspect 9 is the method of any preceding or subsequent aspect, comprising: performing temperature measurements of the embryo ingot; and dynamically adjusting the transient location based on the temperature measurement.

양태 10은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 내부 용융 코어와 외부 고체 쉘 사이의 계면에 인접한 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함한다.Aspect 10 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising inducing agitation in the inner molten core adjacent the interface between the inner molten core and the outer solid shell.

양태 11은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계는 상기 온도 측정에 기초하여 교반의 강도를 동적으로 조정하는 단계를 포함한다.Aspect 11 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising: performing a temperature measurement of the embryo ingot, wherein inducing agitation in the inner molten core dynamically adjusts the intensity of agitation based on the temperature measurement. Includes an adjustment step.

양태 12는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 과도 위치는 상기 평면이 상기 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 상기 외부 표면으로부터 상기 평면 내에서 상기 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 약 1/3을 차지하는 단면에서 상기 배아 잉곳과 교차하도록 선택된다.Aspect 12 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the transitional position is such that the plane is about one-third of a line where the outer solid shell of the embryo ingot extends from the outer surface to the center of the embryo ingot within the plane. It is selected to intersect the embryo ingot in a cross-section that occupies it.

양태 13은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 과도 위치는 상기 평면이 상기 배아 잉곳의 외부 고체 쉘이 상기 외부 표면으로부터 상기 평면 내에서 상기 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 50% 이하를 차지하는 단면에서 상기 배아 잉곳과 교차하도록 선택된다.Aspect 13 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the transitional position is such that the plane is such that the outer solid shell of the embryo ingot occupies no more than 50% of a line extending from the outer surface to the center of the embryo ingot in the plane. The cross section is selected to intersect the embryo ingot.

양태 14는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다.Aspect 14 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy.

양태 15는 방법으로서, 용융 금속을 금형에 공급하고 외부 고체 쉘을 형성하기 위해 상기 용융 금속으로부터 열을 추출함으로써 배아 잉곳을 형성하는 단계; 상기 배아 잉곳이 상기 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 전진하고 상기 금형에 추가 용융 금속이 공급됨에 따라 상기 배아 잉곳의 내부 용융 코어를 응고시키는 단계-여기서, 상기 내부 용융 코어를 응고시키는 단계는 상기 외부 고체 쉘을 통해 상기 내부 용융 코어로부터 열을 추출하는 단계를 포함함-; 및 상기 내부 용융 코어와 교차하며 상기 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 상기 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 포함하고, 상기 고강도 구역은 상기 외부 고체 쉘의 외부 표면과 상기 내부 용융 코어 사이에 위치하며, 상기 고강도 구역을 형성하는 단계는 상기 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하기 위해 상기 단면에서 상기 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계를 포함한다.Aspect 15 is a method comprising: forming an embryo ingot by supplying molten metal to a mold and extracting heat from the molten metal to form an outer solid shell; solidifying the inner molten core of the embryo ingot as the embryo ingot advances in an advance direction away from the mold and additional molten metal is supplied to the mold, wherein solidifying the inner molten core causes the outer solid shell comprising extracting heat from the internal molten core via -; and continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot that intersects the inner molten core and is perpendicular to the advancing direction, wherein the high-strength zone is formed between the outer surface of the outer solid shell and the Located between the inner molten core, forming the high strength zone includes reheating the outer solid shell at the cross-section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.

양태 16은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 단면에서 상기 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 상기 외부 고체 쉘의 일부를 분산질을 침전시키기에 적합한 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 온도는 상기 용융 금속의 균질화 온도보다 낮다.Aspect 16 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein reheating the outer solid shell in the cross section comprises reheating a portion of the outer solid shell to a temperature suitable for precipitating the dispersoid, and wherein the temperature is lower than the homogenization temperature of the molten metal.

양태 17은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 예를 들어 섭씨의, 상기 온도는 상기 용융 금속의, 예를 들어 섭씨의, 상기 균질화 온도의 80% 및 98% 사이이다.Embodiment 17 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature, e.g. in degrees Celsius, is between 80% and 98% of the homogenization temperature of the molten metal, e.g. in degrees Celsius.

양태 18은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 예를 들어 섭씨의, 상기 온도는 상기 용융 금속의, 예를 들어 섭씨의, 상기 균질화 온도의 85% 및 90% 사이이다.Embodiment 18 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature, e.g. in degrees Celsius, is between 85% and 90% of the homogenization temperature of the molten metal, e.g. in degrees Celsius.

양태 19는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 온도는 400°C 및 460°C 사이이다.Embodiment 19 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature is between 400°C and 460°C.

양태 20은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 온도는 410°C 및 420°C 사이이다.Embodiment 20 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the temperature is between 410°C and 420°C.

양태 21은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 적어도 3시간 동안, 예를 들어 3 시간 내지 10 시간 동안 상기 외부 고체 쉘의 상기 일부에서 상기 온도를 유지하는 단계를 더 포함한다.Aspect 21 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising maintaining said temperature in said portion of said outer solid shell for at least 3 hours, such as 3 hours to 10 hours.

양태 22는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 외부 고체 쉘을 통해 상기 내부 용융 코어로부터 열을 추출하는 단계는 상기 외부 고체 쉘의 상기 외부 표면에 액체 냉각제를 공급하는 단계를 포함하고, 상기 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 상기 외부 고체 쉘의 상기 외부 표면으로부터 상기 액체 냉각제를 제거하는 단계를 포함한다.Aspect 22 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein extracting heat from the inner molten core through the outer solid shell comprises supplying a liquid coolant to the outer surface of the outer solid shell, Reheating the outer solid shell includes removing the liquid coolant from the outer surface of the outer solid shell.

양태 23은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 외부 고체 쉘을 재가열하는 단계는 상기 내부 용융 코어로부터의 잠열을 보충하기 위해 상기 외부 고체 쉘의 상기 외부 표면에 열을 가하는 단계를 더 포함한다.Aspect 23 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein reheating the outer solid shell further comprises applying heat to the outer surface of the outer solid shell to replenish latent heat from the inner molten core. .

양태 24는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계; 및 상기 온도 측정을 기초로 상기 금형과 상기 단면 사이의 거리를 동적으로 조정하는 단계를 더 포함한다.Aspect 24 is the method of any preceding or subsequent aspect, comprising: performing temperature measurements of the embryo ingot; and dynamically adjusting the distance between the mold and the cross section based on the temperature measurement.

양태 25는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 내부 용융 코어와 상기 외부 고체 쉘 사이의 계면에 인접한 상기 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함한다.Aspect 25 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising inducing agitation in the inner molten core adjacent the interface between the inner molten core and the outer solid shell.

양태 26은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳의 온도 측정을 수행하는 단계를 더 포함하고, 상기 내부 용융 코어에서 교반을 유도하는 단계는 상기 온도 측정을 기초로 교반의 강도를 동적으로 조정하는 단계를 포함한다.Embodiment 26 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising: performing a temperature measurement of the embryo ingot, wherein inducing agitation in the inner molten core dynamically adjusts the intensity of agitation based on the temperature measurement. Includes an adjustment step.

양태 27은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 단면에서, 상기 배아 잉곳의 상기 외부 고체 쉘이 상기 외부 표면으로부터 상기 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 약 1/3을 차지한다.Aspect 27 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein, in the cross-section, the outer solid shell of the embryo ingot occupies about one-third of a line extending from the outer surface to the center of the embryo ingot.

양태 28은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 단면에서, 상기 배아 잉곳의 상기 외부 고체 쉘이 상기 외부 표면으로부터 상기 배아 잉곳의 중심까지 연장되는 선의 50% 이하를 차지한다.Aspect 28 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein, in the cross-section, the outer solid shell of the embryo ingot occupies no more than 50% of a line extending from the outer surface to the center of the embryo ingot.

양태 29는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다.Aspect 29 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy.

양태 30은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 고강도 구역이 상기 외부 고체 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 포함한다.Embodiment 30 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the high intensity zone comprises a higher concentration of dispersoid than the remainder of the outer solid shell.

양태 31은 알루미늄 금속 제품으로서, 두 개의 단부들 및 외부 표면을 갖는 응고된 알루미늄 합금의 덩어리(mass)를 포함하고, 여기서, 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는: 상기 응고된 알루미늄 합금 덩어리의 중심을 포함하는 코어 영역; 상기 외부 표면을 포함하는 외부 영역; 및 상기 코어 영역과 상기 외부 영역 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 상기 고강도 구역은 상기 코어 영역 및 상기 외부 영역 각각보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다.Embodiment 31 is an aluminum metal product comprising a mass of solidified aluminum alloy having two ends and an outer surface, wherein the mass of solidified aluminum alloy has: A core region containing; an external region comprising the external surface; and a high intensity zone disposed between the core region and the outer region, the high intensity region having a higher concentration of dispersoid than each of the core region and the outer region.

양태 32는 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 직접 냉각 주조 공정으로부터의 보유 열(retained)을 포함한다.Aspect 32 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the solidified mass of aluminum alloy includes retained heat from a direct cool casting process.

양태 33은 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 고강도 구역은 상기 외부 표면으로부터 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 중심까지 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 단면을 따라 연장되는 선의 약 1/3의 깊이에 위치한다.Aspect 33 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the high strength zone is about 1/3 of a line extending along a cross-section of the solidified aluminum alloy lump from the outer surface to the center of the solidified aluminum alloy lump. It is located at a depth of 3.

양태 34는 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 고강도 구역은 상기 외부 표면으로부터 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 중심까지 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 단면을 따라 연장되는 선의 1/2 이하의 깊이에 위치한다.Aspect 34 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the high strength zone is one half of a line extending along a cross-section of the solidified aluminum alloy lump from the outer surface to the center of the solidified aluminum alloy lump. It is located at a depth below.

양태 35는 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 원통형 형상이다.Aspect 35 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the solidified mass of aluminum alloy is cylindrical in shape.

양태 36은 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 주조 방향에 수직인 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리의 단면은 직사각형 형상이다.Aspect 36 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the cross-section of the solidified aluminum alloy lump perpendicular to the casting direction of the solidified aluminum alloy lump is rectangular in shape.

양태 37은 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 상기 응고된 알루미늄 합금의 덩어리는 응고된 시리즈 7xxx 알루미늄 합금의 덩어리이다.Aspect 37 is the aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, wherein the solidified mass of aluminum alloy is a solidified mass of series 7xxx aluminum alloy.

양태 38은 임의의 이전 또는 후속 양태의 알루미늄 금속 제품으로서, 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법에 따라 제조된다.Aspect 38 is an aluminum metal product of any preceding or subsequent aspect, made according to the method of any preceding or succeeding aspect.

양태 39는 배아 잉곳으로서, 상부 표면으로부터 응고 계면까지 연장되는 알루미늄 합금의 액체 용융 코어; 및 상기 알루미늄 합금의 응고된 쉘을 포함하고, 상기 응고된 쉘은 상기 응고 계면으로부터 주조 방향으로 바닥 단부까지 연장되는 외부 표면을 포함하고, 상기 응고된 쉘은 상기 액체 용융 코어의 중심과 상기 응고된 쉘의 중심을 통해 주조 방향으로 연장되는 중심선과 상기 외부 표면 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 상기 고강도 구역은 응고된 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다.Embodiment 39 is an embryo ingot comprising a liquid molten core of aluminum alloy extending from the upper surface to the solidification interface; and a solidified shell of the aluminum alloy, the solidified shell comprising an outer surface extending from the solidification interface to a bottom end in a casting direction, the solidified shell being positioned between the center of the liquid molten core and the solidified shell. and a high-strength zone disposed between the outer surface and a center line extending in the casting direction through the center of the shell, the high-strength zone having a higher concentration of dispersoid than the remainder of the solidified shell.

양태 40은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 상기 고강도 구역은 상기 외부 표면으로부터 상기 중심선까지 연장되는 선의 약 1/3의 깊이에 위치한다.Embodiment 40 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the high intensity zone is located at a depth of about one-third of the line extending from the outer surface to the center line.

양태 41은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 상기 고강도 구역은 상기 외부 표면으로부터 상기 중심선까지 연장되는 선의 1/2 이하의 깊이에 위치한다.Embodiment 41 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the high intensity zone is located at a depth of less than one-half of a line extending from the outer surface to the centerline.

양태 42는 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 상기 응고된 쉘은 원통형 형상이다.Embodiment 42 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the solidified shell is cylindrical in shape.

양태 43은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 상기 주조 방향에 수직인 상기 응고된 셀의 단면은 직사각형 형상이다.Embodiment 43 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the cross-section of the solidified cells perpendicular to the casting direction is rectangular in shape.

양태 44는 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 상기 알루미늄 합금은 시리즈 7xxx 알루미늄 합금이다.Embodiment 44 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the aluminum alloy is a series 7xxx aluminum alloy.

양태 45는 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법에 따라 제조된다.Aspect 45 is an embryo ingot of any preceding or subsequent aspect, wherein the embryo ingot is made according to the method of any preceding or subsequent aspect.

양태 46은 방법으로서, 용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳의 금속 섬프로 전달하는 단계; 금속 섬프로부터 열을 추출함으로써 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 외부 고체 쉘과 금속 섬프 사이에 위치됨-; 상기 용융 금속을 전달하고 외부 고체 쉘을 형성하는 동안 상기 배아 잉곳을 상기 금형으로부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계; 주조 속도를 이용하여 교반의 강도를 결정하는 단계-여기서, 교반의 강도는 주조 속도에서 타겟 응고 계면 프로파일을 달성하기에 적합함-; 및 결정된 강도에서 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계를 포함하고, 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 것은 응고 계면이 주조 속도에서 타겟 응고 계면 프로파일을 취하도록 유도한다.Aspect 46 is a method comprising: transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryo ingot being cast in a mold; forming an outer solid shell of solidified metal by extracting heat from the metal sump, wherein the solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump; advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming an outer solid shell; determining the intensity of agitation using the casting speed, wherein the intensity of agitation is appropriate to achieve the target solidification interface profile at the casting speed; and inducing agitation within the melt sump at the determined intensity, wherein inducing agitation within the melt sump causes the solidification interface to assume the target solidification interface profile at the casting speed.

양태 47은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 교반을 유도하는 단계는 비접촉 자기 교반기를 사용하여 금속 섬프 내의 용융 금속에 교반력을 가하는 단계를 포함한다.Aspect 47 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein inducing agitation includes applying an agitation force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer.

측면 48은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유량으로 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 교반을 유도하는 단계는 복수의 노즐들을 통한 질량 유량을 유지하면서 복수의 노즐 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함한다.Aspect 48 is a method of any preceding or subsequent aspect, wherein delivering the molten metal comprises delivering the molten metal at a mass flow rate through the plurality of nozzles, and inducing agitation comprises delivering the molten metal at a mass flow rate through the plurality of nozzles. and increasing the flow rate of molten metal through at least one of the plurality of nozzles while maintaining the flow rate.

양태 49는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 주소 속도를 수정하는 단계; 업데이트된 주조 속도를 사용하여 업데이트된 교반 강도를 결정하는 단계-여기서, 업데이트된 교반 강도는 업데이트된 주조 속도에서 타겟 응고 프로파일을 달성하기에 적합함-; 및 업데이트된 강도로 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계를 더 포함하고, 업데이트된 강도에서 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 것은 업데이트된 주조 속도로 응고 계면이 타겟 응고 계면 프로파일을 취하도록 유도한다.Aspect 49 is a method of any preceding or successor aspect, comprising: modifying an address rate; determining an updated agitation intensity using the updated casting speed, wherein the updated agitation intensity is suitable to achieve the target solidification profile at the updated casting speed; and inducing agitation within the melt sump at the updated intensity, wherein inducing agitation within the melt sump at the updated intensity causes the solidification interface to assume the target solidification interface profile at the updated casting rate.

양태 50은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다.Aspect 50 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy.

양태 51은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 주조 속도를 사용하여 교반 강도를 결정하는 단계는 측정된 온도를 사용하는 단계를 포함한다.Aspect 51 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising measuring the temperature of the embryo ingot, and determining the agitation intensity using the casting speed includes using the measured temperature.

양태 52는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 타겟 응고 계면 프로파일은 균열의 위험을 최소화하도록 미리 결정된다.Aspect 52 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the target solidification interface profile is predetermined to minimize the risk of cracking.

양태 53은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서 상기 내부 용융 코어와 교차하며 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 고강도 구역은 외부 고체 쉘의 외부 표면과 내부 용융 코어 사이에 위치하며, 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하여 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함한다.Embodiment 53 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot perpendicular to the advancing direction and intersecting the inner molten core, wherein the high-strength zone is: Located between the outer surface of the outer solid shell and the inner molten core, forming the high strength zone includes reheating the outer solid shell in cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.

양태 54는 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프 바닥의 응고 계면 내로 함몰부를 침식하도록 금속 섬프 내로 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함하고, 함몰부는 금속 섬프 바닥의 직경과 매칭되는 크기의 직경을 갖는다.Aspect 54 is the method of the preceding or subsequent aspect, wherein inducing agitation within the molten sump includes controlling delivery of the molten metal into the metal sump such that the jet of molten metal erodes a depression into the solidification interface of the bottom of the metal sump. And, the depression has a diameter that matches the diameter of the bottom of the metal sump.

양태 55는 방법으로서, 용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳의 금속 섬프로 전달하는 단계; 금속 섬프로부터 열을 추출하여 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 외부 고체 쉘과 금속 섬프 사이에 위치됨-; 상기 용융 금속을 전달하고 외부 고체 쉘을 형성하는 동안 상기 배아 잉곳을 상기 금형부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계; 및 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 침식하기에 충분한 용융 금속의 제트를 생성하기 위해 금속 섬프 내로 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함한다.Aspect 55 is a method comprising: transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryo ingot being cast in a mold; extracting heat from the metal sump to form an outer solid shell of solidified metal, wherein the solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump; advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming an outer solid shell; and controlling the delivery of molten metal into the metal sump to produce a jet of molten metal sufficient to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump.

양태 56은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 10mm 이하의 두께로 응고 계면을 침식하도록 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함한다.Aspect 56 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein controlling the delivery of the molten metal includes controlling the delivery of the molten metal such that the jet of molten metal erodes the solidification interface to a thickness of 10 mm or less.

양태 57은 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유량으로 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 용융 금속의 제트를 생성하는 단계는 복수의 노즐들을 통한 질량 유량을 유지하면서 복수의 노즐들 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함한다.Aspect 57 is the method of the preceding or subsequent aspect, wherein delivering the molten metal comprises delivering the molten metal at a mass flow rate through a plurality of nozzles, and generating a jet of molten metal comprises delivering a jet of molten metal through the plurality of nozzles. and increasing the flow rate of molten metal through at least one of the plurality of nozzles while maintaining the mass flow rate.

양태 58은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 비접촉 자기 교반기를 사용하여 금속 섬프 내의 용융 금속에 교반력을 가하는 단계를 더 포함한다.Aspect 58 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising applying a stirring force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer.

양태 59는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 주소 속도를 수정하는 단계를 더 포함하고, 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 수정된 주조 속도에 기초하여 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함한다.Aspect 59 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising modifying the address rate, and controlling delivery of the molten metal such that the jet of molten metal continues at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump. and dynamically adjusting the delivery of molten metal based on the casting speed modified to erode.

양태 60은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금이다.Aspect 60 is the method of any preceding or subsequent aspect, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy.

양태 61은 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 용융 금속의 제트가 금속 섬프의 바닥에서 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 측정된 온도에 기초하여 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함한다.Aspect 61 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising measuring the temperature of the embryo ingot, and controlling the delivery of molten metal, wherein the jet of molten metal is positioned at least at the solidification interface at the bottom of the metal sump. and dynamically adjusting the delivery of molten metal based on the measured temperature to continue eroding the portion.

양태 62는 임의의 이전 또는 후속 양태의 방법으로서, 상기 금속 섬프와 교차하고 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 고강도 구역은 상기 외부 고체 쉘의 외부 표면과 상기 금속 섬프 사이에 위치되며, 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 외부 고체 쉘을 재가열하여 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함한다.Aspect 62 is the method of any preceding or subsequent aspect, further comprising continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot intersecting the metal sump and perpendicular to the advancing direction, wherein the high-strength zone is: Positioned between the outer surface of the outer solid shell and the metal sump, forming a high strength zone includes reheating the outer solid shell in cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.

양태 63은 이전 또는 후속 양태의 방법에 따라 제조된 알루미늄 금속 제품이다.Aspect 63 is an aluminum metal product made according to the method of the preceding or subsequent aspect.

양태 64는 배아 잉곳으로서, 응고 계면으로부터 주조 방향으로 바닥 단부까지 연장되는 알루미늄 합금의 응고된 쉘; 및 상부 표면에서 응고 계면까지 연장되는 알루미늄 합금의 액체 용융 코어를 포함하고, 액체 용융 코어는 액체 용융 코어의 바닥에서 응고 계면에 충돌하여 응고 계면에 함몰부를 형성하는 알루미늄 합금의 제트를 포함한다.Embodiment 64 is an embryo ingot comprising: a solidified shell of aluminum alloy extending from the solidification interface to the bottom end in the casting direction; and a liquid molten core of aluminum alloy extending from the top surface to the solidification interface, the liquid molten core comprising a jet of aluminum alloy that impinges on the solidification interface at the bottom of the liquid molten core and forms a depression in the solidification interface.

양태 65는 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 액체 용융 코어는 응고 계면으로부터 재현탁된 입자를 포함한다.Embodiment 65 is the embryo ingot of any preceding or subsequent aspect, wherein the liquid molten core comprises particles resuspended from the solidification interface.

양태 66은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 액체 용융 코어는 응고 계면으로부터 재현탁된 수소를 포함한다.Embodiment 66 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the liquid molten core includes hydrogen resuspended from the solidification interface.

양태 67은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 응고된 쉘은 응고된 쉘의 외부 표면과 액체 용융 코어의 중심과 응고된 쉘의 중심을 통해 주조 방향으로 연장되는 중심선 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 고강도 구역은 응고된 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는다.Embodiment 67 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the solidified shell has a high strength zone disposed between the outer surface of the solidified shell and a center line extending in the casting direction through the center of the solidified shell and the center of the liquid molten core. and the high-strength zone has a higher concentration of dispersoids than the rest of the solidified shell.

양태 68은 임의의 이전 또는 후속 양태의 배아 잉곳으로서, 알루미늄 합금은 시리즈 7xxx 알루미늄 합금이다.Embodiment 68 is the embryo ingot of any preceding or subsequent embodiment, wherein the aluminum alloy is a series 7xxx aluminum alloy.

본 명세서에 인용된 모든 특허 및 간행물은 그 전체가 참고로 포함된다. 예시된 실시예를 포함하는 실시예의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 제시되었으며, 개시된 정확한 형태를 완전하게 하거나 제한하도록 의도되지 않는다. 수많은 수정, 개조 및 사용이 당업자에게 자명할 것이다.All patents and publications cited herein are incorporated by reference in their entirety. The foregoing description of embodiments, including illustrative embodiments, has been presented for purposes of illustration and description only and is not intended to be exhaustive or to limit the precise form disclosed. Numerous modifications, adaptations and uses will be apparent to those skilled in the art.

Claims (23)

방법에 있어서,
용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳(embryonic ingot)의 금속 섬프(metal sump)로 전달하는 단계;
상기 금속 섬프로부터 열을 추출함으로써 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 상기 외부 고체 쉘과 상기 금속 섬프 사이에 위치함-;
상기 용융 금속을 전달하고 상기 외부 고체 쉘을 형성하는 동안 상기 배아 잉곳을 상기 금형로부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계;
상기 주조 속도를 사용하여 교반의 강도를 결정하는 단계; 및
결정된 강도에서 상기 용융 섬프 내에서 교반을 유도함으로써, 상기 주조 속도에서 용융 금속 코어, 응고 계면 및 고체 쉘의 인접 부분의 바닥들은 균일한 U자형 또는 포물선형을 이루는 단계를 포함하고,
교반을 유도하는 단계는 공급 튜브의 대향 측면에 위치한 비접촉 자기 교반기를 사용하여 상기 금속 섬프 내의 상기 용융 금속에 교반력을 적용하는 단계를 포함하는, 방법.
In the method,
transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryonic ingot being cast in a mold;
forming an outer solid shell of solidified metal by extracting heat from the metal sump, wherein a solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump;
advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming the outer solid shell;
determining the intensity of agitation using the casting speed; and
inducing agitation within the melt sump at a determined intensity so that the bottoms of the molten metal core, solidification interface and adjacent portions of the solid shell form a uniform U-shape or parabolic shape at the casting speed;
Inducing agitation includes applying an agitation force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer located on an opposite side of the feed tube.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유량으로 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 교반을 유도하는 단계는 상기 복수의 노즐들을 통한 질량 유량을 유지하면서 상기 복수의 노즐들 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1, wherein delivering the molten metal includes delivering the molten metal at a mass flow rate through a plurality of nozzles, and inducing agitation while maintaining the mass flow rate through the plurality of nozzles. A method comprising increasing the flow rate of molten metal through at least one of the plurality of nozzles. 제1항에 있어서,
상기 주조 속도를 수정하는 단계;
상기 업데이트된 주조 속도를 사용하여 업데이트된 교반 강도를 결정하는 단계; 및
상기 업데이트된 강도로 상기 용융 섬프 내에서 교반을 유도함으로써, 상기 업데이트된 주조 속도에서 용융 금속 코어, 응고 계면 및 고체 쉘의 인접 부분의 바닥들은 균일한 U자형 또는 포물선형을 이루는 단계를 더 포함하는, 방법.
According to paragraph 1,
modifying the casting speed;
determining an updated agitation intensity using the updated casting speed; and
Inducing agitation within the melt sump at the updated intensity so that the bottoms of the molten metal core, solidification interface, and adjacent portions of the solid shell form a uniform U-shape or parabolic shape at the updated casting speed. , method.
제1항에 있어서, 상기 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금인, 방법.The method of claim 1, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. 제1항에 있어서, 상기 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 주조 속도를 이용하여 상기 교반 강도를 결정하는 단계는 상기 측정된 온도를 이용하는 단계를 포함하는, 방법.The method of claim 1, further comprising measuring the temperature of the embryo ingot, wherein determining the agitation intensity using the casting speed includes using the measured temperature. 삭제delete 제1항에 있어서,
내부 용융 코어와 교차하며 상기 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 상기 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 고강도 구역은 상기 외부 고체 쉘의 외부 표면과 내부 용융 코어 사이에 위치하며, 상기 고강도 구역을 형성하는 단계는 상기 단면에서 상기 외부 고체 쉘을 재가열하여 상기 외부 고체 쉘에서 분산질 침전(dispersoid precipitation)을 유도하는 단계를 포함하는, 방법.
According to paragraph 1,
Continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot that intersects the inner molten core and is perpendicular to the advancing direction, wherein the high-strength zone is adjacent to the outer surface of the outer solid shell and the inner melt. Between the cores, forming the high strength zone comprises reheating the outer solid shell at the cross-section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.
제1항에 있어서, 상기 용융 섬프 내에서 교반을 유도하는 단계는 상기 용융 금속의 제트(jet)가 상기 금속 섬프의 바닥에서 상기 응고 계면 내로 함몰부(depression)를 침식하도록 상기 금속 섬프 내로 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함하고, 상기 함몰부는 상기 금속 섬프의 상기 바닥의 직경과 매칭되는 크기의 직경을 갖는, 방법.2. The method of claim 1, wherein the step of inducing agitation within the melt sump causes the molten metal to flow into the metal sump such that a jet of the molten metal erodes a depression into the solidification interface at the bottom of the metal sump. Controlling the delivery of metal, wherein the depression has a diameter sized to match the diameter of the bottom of the metal sump. 방법에 있어서,
용융 금속을 금속 소스로부터 금형에서 주조되는 배아 잉곳의 금속 섬프로 전달하는 단계;
상기 금속 섬프로부터 열을 추출함으로써 응고된 금속의 외부 고체 쉘을 형성하는 단계-여기서, 응고 계면은 상기 외부 고체 쉘과 상기 금속 섬프 사이에 위치함-;
상기 용융 금속을 전달하고 상기 외부 고체 쉘을 형성하는 동안 상기 배아 잉곳을 상기 금형로부터 멀어지는 전진 방향으로 주조 속도로 전진시키는 단계; 및
상기 금속 섬프의 바닥에서 상기 응고 계면의 적어도 일부를 침식하기에 충분한 용융 금속의 제트를 생성하기 위해 상기 금속 섬프 내로 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함하고,
상기 용융 금속을 전달하는 단계는 복수의 노즐들을 통해 질량 유량으로 상기 용융 금속을 전달하는 단계를 포함하고, 상기 용융 금속의 제트를 생성하는 단계는 상기 복수의 노즐들을 통한 상기 질량 유량을 유지하면서 상기 복수의 노즐들 중 적어도 하나를 통한 용융 금속의 유량을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
In the method,
transferring molten metal from a metal source to a metal sump of an embryo ingot being cast in a mold;
forming an outer solid shell of solidified metal by extracting heat from the metal sump, wherein a solidification interface is located between the outer solid shell and the metal sump;
advancing the embryo ingot at a casting speed in an advance direction away from the mold while delivering the molten metal and forming the outer solid shell; and
controlling the delivery of the molten metal into the metal sump to produce a jet of molten metal sufficient to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump,
Delivering the molten metal includes delivering the molten metal at a mass flow rate through a plurality of nozzles, and generating the jet of molten metal while maintaining the mass flow rate through the plurality of nozzles. A method comprising increasing the flow rate of molten metal through at least one of the plurality of nozzles.
제10항에 있어서, 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 상기 용융 금속의 제트가 상기 응고 계면을 10mm 이하의 두께로 침식하도록 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.11. The method of claim 10, wherein controlling the delivery of molten metal comprises controlling the delivery of the molten metal such that the jet of molten metal erodes the solidification interface to a thickness of less than 10 mm. 삭제delete 제10항에 있어서, 비접촉 자기 교반기를 사용하여 상기 금속 섬프 내의 상기 용융 금속에 교반력을 적용하는 단계를 더 포함하는, 방법.11. The method of claim 10, further comprising applying a stirring force to the molten metal in the metal sump using a non-contact magnetic stirrer. 제10항에 있어서, 상기 주조 속도를 수정하는 단계를 더 포함하고, 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 상기 용융 금속의 제트가 상기 금속 섬프의 상기 바닥에서 상기 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 상기 수정된 주조 속도에 기초하여 상기 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.11. The method of claim 10, further comprising modifying the casting speed, wherein controlling the delivery of molten metal causes the jet of molten metal to continue to erode at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump. Dynamically adjusting the delivery of molten metal based on the modified casting speed so as to. 제10항에 있어서, 상기 용융 금속은 7xxx 시리즈 알루미늄 합금인, 방법.11. The method of claim 10, wherein the molten metal is a 7xxx series aluminum alloy. 제10항에 있어서, 상기 배아 잉곳의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하고, 상기 용융 금속의 전달을 제어하는 단계는 상기 용융 금속의 제트가 상기 금속 섬프의 상기 바닥에서 상기 응고 계면의 적어도 일부를 계속 침식하도록 상기 측정된 온도에 기초하여 상기 용융 금속의 전달을 동적으로 조정하는 단계를 포함하는, 방법.11. The method of claim 10, further comprising measuring the temperature of the embryo ingot, and controlling the delivery of molten metal such that the jet of molten metal passes at least a portion of the solidification interface at the bottom of the metal sump. Dynamically adjusting the delivery of molten metal based on the measured temperature to continue eroding. 제10항에 있어서,
상기 금속 섬프와 교차하고 상기 전진 방향에 수직인 상기 배아 잉곳의 단면에서 상기 외부 고체 쉘 내에 고강도 구역을 연속적으로 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 고강도 구역은 상기 외부 고체 쉘의 외부 표면과 상기 금속 섬프 사이에 위치하며, 상기 고강도 구역을 형성하는 단계는 단면에서 상기 외부 고체 쉘을 재가열하여 상기 외부 고체 쉘에서 분산질 침전을 유도하는 단계를 포함하는, 방법.
According to clause 10,
Continuously forming a high-strength zone within the outer solid shell at a cross-section of the embryo ingot that intersects the metal sump and is perpendicular to the advancing direction, wherein the high-strength zone is formed between the outer surface of the outer solid shell and the metal. Located between sumps, forming the high strength zone comprises reheating the outer solid shell in cross section to induce dispersoid precipitation in the outer solid shell.
삭제delete 배아 잉곳에 있어서,
응고 계면으로부터 주조 방향으로 바닥 단부까지 연장되는 알루미늄 합금의 응고된 쉘; 및
상부 표면으로부터 상기 응고 계면까지 연장되는 상기 알루미늄 합금의 액체 용융 코어를 포함하고, 용융 금속 코어, 응고 계면 및 고체 쉘의 인접 부분의 바닥들은 균일한 U자형 또는 포물선형을 이루는, 배아 잉곳.
In the embryo ingot,
a solidified shell of aluminum alloy extending from the solidification interface to the bottom end in the casting direction; and
An embryo ingot comprising a liquid molten core of the aluminum alloy extending from an upper surface to the solidification interface, wherein the bottoms of the molten metal core, the solidification interface and adjacent portions of the solid shell form a uniform U-shape or parabolic shape.
제19항에 있어서, 상기 액체 용융 코어는 상기 응고 계면으로부터의 재현탁된 입자를 포함하는, 배아 잉곳.20. The embryo ingot of claim 19, wherein the liquid molten core comprises resuspended particles from the solidification interface. 제19항에 있어서, 상기 액체 용융 코어는 응고 계면으로부터의 재현탁된 수소를 포함하는, 배아 잉곳.20. The embryo ingot of claim 19, wherein the liquid molten core comprises resuspended hydrogen from the solidification interface. 제19항에 있어서, 상기 응고된 쉘은 상기 응고된 쉘의 외부 표면과 상기 액체 용융 코어의 중심과 상기 응고된 쉘의 중심을 통해 상기 주조 방향으로 연장되는 중심선 사이에 배치된 고강도 구역을 포함하고, 상기 고강도 구역은 상기 응고된 쉘의 나머지 부분보다 더 높은 농도의 분산질을 갖는, 배아 잉곳.20. The method of claim 19, wherein the solidified shell comprises a high strength zone disposed between the outer surface of the solidified shell and a center line extending in the casting direction through the center of the liquid molten core and , wherein the high-strength zone has a higher concentration of dispersoid than the remainder of the solidified shell. 제19항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 시리즈 7xxx 알루미늄 합금인, 배아 잉곳.20. The embryo ingot of claim 19, wherein the aluminum alloy is a series 7xxx aluminum alloy.
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