KR20000022312A - 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상 - Google Patents

Abstract

알루미늄-스트론티움이 풍부한 마스터어로이는 알루미늄-실리콘 주물합금내의 공정상을 변형시키는 데 주로 사용되는 입상을 허용한다. 마스터어로이입상은 주로 금속간 화합물 Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr 및 그 혼합물이다. 이러한 우수한 금속간 합금을 입상된 상태에서 사용함으로써 알루미늄-실리콘 합금용해물의 빠른 용해가 달성된다. 마스터어로이조성물은 용해된 용량에 직접 첨가되거나 이 용량에 분사된다. 마스터어로이는 또한 알루미늄 입상과 혼합되고 로드로 압출되거나 또는 주물 알루미늄의 빌렛내로 인트레인된다. 마스터어로이는 회색주철용 접종제로서 사용될 수 있다.

Description

스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상

이들의 우수한 유동성 및 가주성 때문에 공정 및 아공정 알루미늄-실리콘합금은 알루미늄주물의 생산시에 넓게 사용된다. 변형안된 상태에서 공정 실리콘상은 예리한 측판과 아시큘러 실리콘으로 칭한 끝을 가진 조판으로서 존재한다. 아시큘러실리콘의 존재는 저신장율, 저충격성 및 낮은 가공성을 가진 주물에서 발생된다.

스트론티움은 거친 아시큘러 실리콘을 미세한 상호연결된 섬유상조직으로 정련 및 변형시키는데 효과적이다. 통상 100 내지 200ppm의 스트론티움의 작은량은 순차로 알루미늄 주물의 가공특성 및 기계적 성질을 현저하게 개량한 미세한 섬유상 공정 실리콘을 생산하는 데 충분하다. 던 켈등(Dunkel et al.)에게 허여되고 1969년 9월 9일자로 발행된 미국특허 제 3,466,170호에는 7정량 퍼센트의 Sr을 가진 순금속 또는 AlSr합금으로서 스트론티움의 이점이 개시되어 있다.

스트론티움금속이 산소, 질소 및 습기와 잘 반응하므로 개량제로서 스트론티움 금속의 사용은 제한된다. 대부분의 경우에 스트론티움은 마스터 어로이의 형태로 첨가된다. 던 겔등에 허여되고 1971년 3월 2일에 발행된 미국특허제 3,567, 429호에는 7％보다 더 많은 스트론티움 함유량을 가진 스트론티움 실리콘-알루미늄 마스터 어로이의 사용을 개시하고 있다. 스트론티움-실리콘 알루미늄 마스터 어로이 는 용해(molten)알루미늄 처리온도 전형적으로 760℃이하에서 대단히 느리게 용해되는 -Al₂Sr₂Si 또는 SrSi₂와 같은 고온용해온도 금속간상으로서 존재하므로, 알루미늄-실리콘 주물합금을 변형시키는데 넓게 이용되지 않는다. 존 이. 그룬츠레스키(John E. Gruzleski) 및 버나드 엠. 크로셋(Bernard M. Closset) "액체 알루미늄-실리콘합금의 처리" (The Treatment of Liquid Aluminum-Silicon Alloy), American Foundry's Society Inc., 1990, 페이지 31-39)에 의해서 보고된 바와 같이 10％스트론티움-알루미늄 이원 마스터 어로이는 670℃ 내지 775℃의 범위에 있는 모든용해온도에서 10％스트론티움-14% 알루미늄 삼원 마스터어로이로서 A356 알루미늄-실리콘 주물합금에 비해 2배 만큼 빠르게 용해된다. 이와 유사한 결과는 페더등(Vader et al.)에게 허여되고 1991년 9월 3일 에 발행되고 잉곳형태로 10％스트론티움-14％실리콘-알루미늄 마스터어로이에 대해 20 내지 30동안에 용해한 것을 보고한 미국특허 제 5,045,110호에 개시되어 있다. 이와 반대로 미국특허 제 4,576,791호에는 티타늄 및 붕소 입자 리파인너(refiner)를 함유하고 로드형태로 있는 5％-10％스트론티움-알루미늄 이원 합금이 1분내에 용해되는 것을 개시하고 있다. 또한 스트론티움-실리콘 마스터어로이를 생산하는 데 사용되는 종래의 방법은 마스터어로이에 종종 존재하는 철, 바리움 및 칼슘을 함유하는 유해한 불순물을 발생시킨다.

미국특허 제 4,108,646호에는 알루미늄 또는 실리콘입자와 함께 브리케트내로 가압되는 개개의 미립자로 된 형태로 스트론티움-실리콘으로 이루어진 마스터합성물의 사용을 개시하고 있다. 중량으로 3 내지 37％ 스트론티움의 마스터조성물을 가진 브리케트는 그 다음에 그 조직을 변형시키기 위하여 알루미늄-실리콘 주물합금에 첨가된다. 이러한 마스터 조성물은 스트론티움이 상술한 바와 같이 4％ 철 및 1 내지 3％ 칼슘을 함유하는 유해한 불순물을 함유하고 느리게 용해되는 SrSi₂입자로서 존재하므로 알루미늄-스트론티움 이원 마스터합금보다 덜 효과적이다.

알루미늄-스트론티움 이원 합금은 알루미늄 주물을 변형시키기 위하여 넓게 사용된다. 하지만 이들 이원 마스터어로이의 스트론티움 함유량을 증가시키는 것은 어렵다. 이것은 도 1의 알루미늄-스트론티움 이원 평형상 다이어 그램의 내용에 잘 설명되어 있다. 상 다이어그램은 2개의 낮은 용해점공정을 포함하고 있으며, 제1은 약 3.5% 스트론티움이며 제2는 90% 스트론티움이다. 알루미늄이 풍부한 측에는 공정함유합금이 스트론티움의 약 0% 내지 44%의 범위내에 있다. 스트론티움이 풍부한 측에는 공정함유합금이 스트론티움의 약 77% 내지 100%의 범위내에 있다. 최종 응고된 상태에서 이 공정합금은 가변비율(varying proportions)로 대단히 미세하게 분할되고 알루미늄 리치(rich) 공정의 경우에 저온654℃에서 또한 스트론티움 리치공정의 경우에 580℃에서 용해되는 공정상을 함유하고 있다. 이러한 미세하게 분할된 공정상은 약 44% 내지 77% 스트론티움이 존재하는 고용해점합금상보다 더 연성이고 더 빨리 용해된다. 금속간 합금이 낮은 용해점을 가지고 있지 않으며 미세하게 분할된 공정상을 가지고 있으므로 이러한 금속간 합금은 공정합유금속보다 더 브리틀되고 더 느리게 용해된다. 이러한 고용해점금속간 합금의 존재는 상업적인 알루미늄-스트론티움 이원 마스터어로이에 효과적으로 함유될 수 있는 스트론티움의 양을 현저하게 제한한다. 본 명세서에서는 용어"금속간 합금"은 중량으로 40% 내지 81% 스트론티움을 함유하는 금속을 나타낸다. 이러한 금속은 Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr 금속간으로 좌우되고 단지 최소로 함유하거나 또는 공정상을 함유하지 않는다. 더 아메리칸 세라믹 소사이어티 인코포레이트드(The American Ceramic Society InC.)에 의해서 발행된 더 내쇼날 브리뷰 오브 스탠다드스(the National Bureau of Standards) 1권 9-14페이지에 편집된 요업자용 "상다이어그램"에 개시된 바와 같이, 이원 평형상 다이어그램으로서 도 1은 조성물과 모든상을 취하는 온도사이의 관계가 서로평형상태로 있는 것을 도시하고 있다. 이러한 조성적인 관계는 상이 합성적인 평형에 매순간 도달되기에 응고율이 충분하게 느리면 타당하다. 더욱 빠른 응고율은 완전하게 다른 조성결과로 된다.

도 1에 도시된 바와 같이 10% 스트론티움을 함유한 액체합금이 냉각되면, 응고는 약 815℃에서 시작된다. 석출되는 제1고상은 대략 44% 스트론티움을 함유하는 1차 Al₄Sr금속간이다. 용해된 온도가 응고시 계속해서 감소됨에 따라 이 1차 Al₄Sr금속간상은 점점더 석출된다. 1차 Al₄Sr금속간상은 도 2에 도시된 현미경사진에서 2차원으로 도시된 단단하게 상호연결된 플레이트 또는 니들로서 존재한다. 1차 Al₄Sr플레이트의 상호연결된 네트워크의 3차원도면은 입체현미경을 사용하여 취해진 도 3에 의해서 도시되었다.

용해된 온도가 654℃로 냉각되면, 1차 Al₄Sr금속간상은 석출을 멈추고 액체합금의 남아있는 양은 미세하게 분할된 덕타일 공정상으로서 응고된다. 공정상은 큰 1차 Al₄Sr니들을 둘러싸는 광역에 의해서 도 2에 도시되어 있다. 공정상은 50배의 사이즈로 공정상의 용해(resolution)의 부족에 의해서 나타나는 바와 같이 Al₄Sr금속간상보다 다 미세하게 분할된다. 최종 응고된 합금에 존재하는 1차 금속간 Al₄Sr상의 양은 냉각이 815℃ 내지 654℃에서 발생되는 비율에 좌우된다. 합금이 매우 느리게 냉각되어 평형이 냉각의 매 순간에 달성되면, 그 다음에 최종 합금내의 1차 Al₄Sr금속간상의 양은 즉 10% 스트론티움합금에 대해 레버룰(lever rule)을 사용한 도 1의 다이어그램으로부터 정해진다.

최종(차이에 의한)합금의 % 공정상 = 84%

상기의 "요업자용 상다이어그램"에 기술된 바와 같이 매 순간마다 상평형을 허용하지 않는 응고의 더 빠른 비율은 상이한 조성결과를 중지하도록 한다.

더 빠르게 응고된 합금은 냉각율이 증가함에 따라 1차 Al₄Sr의 양이 감소하는 상태로 16% 1차 Al₄Sr금속간상보다 적게 함유한다. 응고율이 증가함에 따라 1차 Al₄Sr금속간상의 양이 1차 Al₄Sr이 석출되는 815℃ 내지 654℃내의 냉각합금에 의해서 소비되는 시간의 짧은 주기로 인해 감소된다. 그래서, 빠른 응고는 1차 금속간상을 더 적게 하고 최종 응고된 합금에서의 공정상의 양을 대응적으로 증가시킨다. 10% 스트론티움-90% 알루미늄 마스터어로이에 대해서 1차 Al₄Sr금속간상의 최대양은 16%이고 대응하는 공정상의 최소양은 84%이며 이것은 냉각율이 상평형을 허용하기에 충분하게 느릴때에 발생한다.

미국특허 제 4,576,791호에는 대단히 미소한 84%의 미세하게 분할된 공정상에서 단지 최대16% 1차 Al₄Sr금속간상을 함유한 10% 스트론티움-알루미늄합금로드가 로드형상으로 마스터어로이로서 사용하기에 부적합하도록 느리게 용해되는 것을 개시하고 있다. 이것은 현미경을 통하여 2차원적으로 보았을 때 5 내지 300미크론 Al₄Sr 1차 금속상의 비교적 큰 결정 인한 것이다. 이 특허는 전형적인 20 내지 100 미크론의 사이즈인 Al₄Sr 1차금속간 2차원결정을 정련하기 위하여 마스터어로이내에 0.2 내지 5% 티타늄과 1%에 이르는 붕소를 제공함으로써 이러한 문제에 직면한다. Al₄Sr 1차금속간의 사이즈를 감소시킴으로써 로드의 연성을 증가시키며, 이에 따라 로드가 이송시 코일되거나 언코일되고 라운더 첨가에 필요한 대략 1분에 대한 용해시간을 짧게한다. 티타늄과 붕소의 첨가는 마스터어로이의 스트론티움농도가 중량으로 20% Sr로 바람직하게는 10% Sr로 증가될수 있다. 1차 Al₄Sr금속간상의 사이즈를 정련하는 것은 합금이 로드형상에 사용하기에 부적합한 최대 20% 스트론티움에 이르기 까지 효과적이다.

미국특허 제 4,576,791호에는 Al₄Sr 1차상결정의 사이즈가 5 내지 300미크론의 범위내에 있다. 하지만, 이러한 사이즈의 설명은 연마된 샘플의 2차원 현미경관찰에 기초하였으므로 잘못유도될 수 있다(도 2). 실제로, 1차금속간상은 결정의 3차원 네트워크로서 응고하는 동안에 먼저 형성된다. 2차원 현미경관찰에 있어서, Al₄Sr 금속간이 300미크론보다 작은 사이즈의 불연속 니들로서 나타나더라도 실제로 이러한 금속간 결정은 응고되도록 마지막상이고 대단히 미세하게 분리된 공정상에 의해서 둘러싸여 있는 플레이트의 상호연결네트워크를 형성한다. 도 3은 Al₄Sr 1차금속간상의 3차원상호연결 플레이트가 10% Sr-90% Al합금에 존재한다. 3차원 상호연결량은 스트론티움농도가 합금에서 증가됨에 따라 증가한다. 그래서, 종래의 기술에 있어서는 스트론티움의 농도의 상한이 있다. 이러한 스트론티움농도의 상한을 넘어서, 상호연결된 1차상 금속간 결정 의 3차원 네트워크는 너무 크며 플레이트를 둘러싸고 있는 미세하게 분할된 공정이 너무 작아서 이러한 금속간 네트워크의 느린용해와 취성으로 인해 사용불가능한 금속으로 된다.

Al₄Sr 플레이트에 의해서 발생된 문제점에 대한 접근은 셀 리서치 리미티드(Shell Research Ltd)의 명의로 1991년 9월 3일 과 1993년 4월 27일에 각각 발행된 미국특허 제 5,045,110호 및 제 5,205,986호에 개시되어 있다. 이 특허는 이원 알루미늄리치-스트론티움 마스터어로이내의 스트론티움농도가 10²내지 10⁴℃/sec의 빠른 냉각율에서 액체금속을 미분화시키는 결과로서 입자사이즈를 더 정련하고 Al₄Sr 1차 금속간상의 감소시킴으로써 중량으로 30% 내지 35% Sr로 증가될 수 있다. 이러한 방법에 의해서, 석출이 먼저 되는 1차 Al₄Sr금속간상의 사이즈 및 양이 감소되고 미세하게 분할되고 더 연성인 공정상이 비례적으로 증가된다.

도 4는 미국특허 제 5,045,110호와 제 5,205,986호에서와 같이 빠르게 응고되고 분무화된 합금으로부터 생산된 10% 스트론티움-90% 알루미늄합금의 500배사이즈로 확대한 현미경사진이다. 적당한 응고율로 영구금형내에서 10% 스트론티움-90% 알루미늄합금 주물의 50배 사이즈(도 4보다 10배 낮은 사이즈)로 확대한 현미경사진인 도 2와 비교하면, 미분화시키는 동안에 발생하는 빠른 응고율은 1차 Al₄Sr금속간상의 사이즈 및 양을 크게 감소시킨다. 티타늄과 붕소는 조직을 더 정련시키기 위하여 마스터어로이에 첨가될 수 있다. 양을 감소시키고 1차 Al₄Sr금속간상의 정련시키고 또한 대단히 미세하게 분할된 연성공정상의 양을 증가시킴으로써 이 특허는 알루미늄-스트론티움 마스터어로이내의 스트론티움농도가 중량으로 35% Sr에 이르기까지 증가될 수 있다. 미세하게 분할된 Al₄Sr금속간상과 공정상 모두를 각각 함유한 분무화된 고체입자는 압출공정에 의해서 라운더에 부가하여 인-라인에서 로드로 되며 이 로드는 "코일링 및 디코일링이 될수 있는 충분한 연성"을 가지고 있다.

상술한 그루츠레스키 및 클로셋에 의해서 기술되었더라도, 90% 스트론티움리치- 알루미늄 마스터어로이는 또한 유용하지만 마스터어로이로서 사용이 제한된다. 이러한 스트론티움 리치 마스터어로이는 금속간상이 없는 상태로 100%의 미세하게 분할된 공정상으로 이루어 졌고 알루미늄-실리콘 주물합금용해온도가 약 720℃ 아래일 때에 단지 사용될 수 있음으로 적용이 대단히 제한된다. 용해된 알루미늄 합금에 첨가되면, 90% 스트론티움 합금은 먼저 용해되고 90% 스트론티움이 풍부한 액체는 그 다음에 150 내지 200ppm Sr의 묽은 레벨로 용해된다. 이러한 용해동안에 국부액체 조성물은 90% 스트론티움으로부터 0.02% 보다 아래의 Sr(150-200ppm Sr)까지 희석되어야 한다. 이러한 희석중에 국부용해조성물은 77% 내지 44% 스트론티움의 고용해점 금속간합금 조성물의 범위를 통과하고 이러한 금속간상은 스트론티움의 용해를 정지시키거나 또는 지연시키는 고체의 금속간상으로서 용해되는 동안에 석출된다. 720℃아래의 용해온도에서 90% 스트론티움 합금은 발열적으로 용해되고 국부적으로 알루미늄-실리콘합금용해온도를 충분한 고레벨로 상승시켜 고용해 Al₄Sr 및 Al₂Sr금속간상의 형성을 피하도록 충분한 열을 방출한다. 그래서 720℃ 아래의 용해온도에서, 90% Sr-10% Al 합금은 고리커버리로 빠르게 용해된다. 약 720℃ 이상의 용해온도에서, 이러한 발열성 반응은 제거되고 충분하지 않은 열이 발생된다. 이러한 결과는 용해시 Al₂Sr 및 Al₄Sr 금속간상의 형성을 야기시킨다. 고 용해 Al₄Sr 및 Al₂Sr 금속간상은 용해를 효과적으로 지연시키고 낮은 스트론티움의 이행율을 야기시킨다.

따라서, 상술된 종래의 기술에 따라, 중량으로 44% 내지 77% 고용해점 1차금속간상의 존재는 알루미늄-스트론티움 마스터어로이의 사용시 현저하게 제한된다.

여기에서 유용한 알루미늄-스트론티움 마스터어로이 합금은 대단히 미세하게 분할되고 연성이고 저 용해점공정상의 양을 실질적으로 함유하는 합금을 가진다. 5 내지 35% 스트론티움을 가진 알루미늄 리치-스트론티움 마스터어로이의 경우에 합금은 미세하게 분할된 공정상에 의해서 둘러싸인 1차 Al₄Sr금속간상의 혼합으로 이루어 졌다. 1차 Al₄Sr금속간상은 통상의 응고율하에서 사이즈가 완전하게 거친 상호연결된 플레이트의 3차원 네트워크로서 존재한다. 모든 종래기술은 알루미늄 리치 마스터어로이내의 농도를 증가시키는 한편 용해된 알루미늄내에서의 받아들일 수 있는 합금의 용해율을 허용하는 방법이 양을 최소로하고 Al₄Sr 플레이트의 상호연결된 네트워크의 사이즈를 정련하고 더 연성이고 더 미세한 공정상의 양을 최대화시키는 것인 것을 개시하고 있다. 이러한 발명의 알루미늄-스트론티움 합금은 주철에 대한 접종제로서 특별하게 사용된다.

접종은 준안정 카바이드의 형상이 주철에서 억제되는 과정이다. 대신 평형상인 흑연이 허용되어 형성된다. 통상 0.1 내지 10℃/sec인 산업응고율은 통상 주물의 얇은부위에서 흑연의 형성을 허용하지 않는다. 접종은 흑연의 핵생성을 위한 기체 또는 핵결정을 제공한다. 이러한 기체 또는 핵생성면은 황화물로 된다. 칼슘 및 스트론티움과 같은 강한 황화물 형성자는 접종을 위해 용해된 철에 첨가된다. 접종 주철의 입자 및 핵생성 메카니즘의 정보는 1979년 2월 6일 및 7일에 발간된 AFS-CMI의 회보에 있는 명칭이 "회색 및 연철을 위한 현대 접종실행(The Mordern Inoculating Practices for Gray and Ductile Iron)" 에 개시되어 있다.

호렁등(Hornung et al.)에 허여되고 1987년 5월 19일에 발행된 미국특허 제 4,666,516호에는 주철내에 존재하는 카본에 의해서 취해진 형태가 그 특성에 크게 영향을 미치는 방식이 개시되어 있다. 철 카바이드("낙금"으로 알려져 있음)의 형태로 있으면, 주철은 취성이고("백주철") 그러나 백점흑연의 형태에 있으면 주철은 연하고 가공가능하다("회색주철"). 흑연의 구형태는 강도를 높게하고 연성이 개량된다("덕타일 주철").

페로실리콘은 흑연의 형성 특히 구상 또는 구형태를 도모하기 위하여 접종제로서 사용되며 다우슨등(Dawson et al.)에게 허여되고 1970년 9월 8일에 발행된 미국특허 제 3,527,597호에는 주요 접종제가 0.1 내지 10%의 스트론티움금속을 포함하고 저 칼슘함유물을 유지함으로써 얻어지는 것이 개시되어 있다. 상업등급 페로실리콘은 불순물로서 칼슘을 포함하고 있다. 이 특허에서 지적한 바와 같이 "순수 페로실리콘은 주철에 첨가될 때에 대단히 작은 접종효과를 가지고 있으며, 상업 주물등급의 페로실리콘은 접종효과를 활발하게 하기 위하여 작은성분의 작은양, 현저한 알루미늄 및 칼슘의 함유물에 좌우된다".

이 발명의 스트론티움-알루미늄 합금을 사용함으로써 더 개량된 접종제효과가 얻어질 수 있다. 가장 유용한 조성물은 80% Sr합금을 가진 페로실리콘이다. 회색주철의 경우에 있어서, 낙금은 제거되고 타입 D의 흑연량은 결합된 첨가에 의해서 최소로 된다. 연철의 경우에 화합된 첨가는 낙금의 양을 최소로 하며 구상수를 증가시킨다.

미국특허 제 3,527,597호에서는 금속스트론티움이 FeSi와 함께 회색철에 첨가된다. 스트론티움의 소요량은 FeSi 및 Si와 함께 합금되는 것보다 많아야 한다. 실리콘과 함께 합금되는 경우에 최대 65% Sr은 용해반응의 성질로 인해 최종합금에서 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서, 첨가제는 80%에 이르는 스트론티움을 함유할 수 있고 단지 작은량은 성공적인 접종을 위해 필요하다. 미국특허 제 3,527,579호에는 잠재접종제로서 Sr과 함께 합금될 수 있는 FeSi등급이 0.35% Ca보다 통상 작게 함유하는 저 칼슘FeSi인 것이 개시되어 있다. 이러한 Ca농도이상에서 접종의 효력은 감소된다. 또한 이 특허공보에는 SiSr 합금 단독 또는 FeSi와 함께 분리의 첨가가 칼슘의 저 및 통상의 농도를 함유하는 것이 개시되어 있다. 저 칼슘 FeSi을 가진 SiSr은 회색주철에서 현저한 접종효과를 발생시킨다.

본 발명은 알루미늄-실리콘주물합금내에서 공정상을 변형시키거나 또는 연 알루미늄내에서 금속간상을 변형시키는 데 주로 사용되는 알루미늄-스트론티움에 관한 것이다. 알루미늄-스트론티움합금은 회색 및 덕타일 주철로서 사용된다.

도 1은 알루미늄-스트론티움 이원 평평상 다이어그램을 도시한 도면,

도 2는 50배 확대하여 보았을 때에 10% Sr-90% Al 마스터어로이의 미세하게 분할된 공정의 기지내의 Al₄Sr 금속간 니들을 도시한 도면,

도 3은 입체경을 통해서 본 공정함유합금에 나타난 상호연결된 1차 Al₄Sr금속간 플레이트의 3차원 네트워크을 도시한 도면,

도 4는 미국특허 제 5,045,110호 및 제 5,205,986호에 의해서 분무화 및 그 다음의 압출에 의해서 준비된 10% Sr-90% Al합금로드를 500배로 확대한 현미경사진이며,

도 5, 도 6, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 마스터어로이의 현미경사진을 이며 도 5는 2개의 금속간상 Al₄Sr 및 Al₂Sr을 함유하고 있고 공정상을 구비하고 있지 않는 55% Sr-45% Al합금의 125배 사이즈로 확대한 미세조직을 도시한 도면이고 도 6은 적당한 량의 알루미늄 입상과 Al₄Sr 금속간 합금입상을 혼합하고 그 다음에 혼합물을 3/8"으로 연속적으로 압출시킴으로써 준비된 10% Sr-90% Al합금을 50배 사이즈로 확대한 미세조직을 도시하고 있으며, 도 7은 고체의 Al₄Sr 금속간 합금입상을 용해된 액체 Al내에 혼입시킴으로써 준비된 20% Sr-80% Al합금을 50배 사이즈로 확대한 미세조직을 도시하고 있으며, 도 8은 고체의 Al₄Sr 금속간 합금입상을 용해된 액체 10% Sr-90% Al내에 혼입시킴으로써 준비된 10%의 Sr-90% Al합금을 50배 사이즈로 확대한 미세조직을 도시하고 있다.

본 발명은 저 용해특성 때문에 종래의 Al-Sr 마스터어로이에 이미 유해하다고 간주되된 주 성분인 금속간상 Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr으로 이루어지고 약 40% 내지 81% 스트론티움의 조성물을 특징으로 하는 우수한 금속간 합금이 용해된 알루미늄-실리콘 주물합금을 변형시키기 위하여 스트론티움을 첨가하는 것이다. 많은양의 공정상을 함유하는 합금을 기초로 한 종래기술과 마찬가지로 본 발명에서의 합금은 단지 작은량의 공정상을 함유하고 대부분의 경우에 공정상을 함유하지 않고 있다. 금속간상은 인접한 불연속(discrete)상으로서 존재하고 공정상의 기지로 매장된 플레이트렛의 네트워크에 상호연결되지 않은 공정상의 기지에 매장되어 있다.

도 5는 55%스트론티움과 45%알루미늄을 함유한 본 발명으로부터의 금속간합금을 125배로 확대한 현미경사진을 도시하였다. 이 합금은 공정상이 존재하지 않는 상태로 2개의 금속간상 Al₄Sr 및 Al₂Sr을 함유하고 있으며 도 2에 도시된 합금을 함유한 공지의 알루미늄-스트론티움공정과 현저하게 상이한 미세조직을 가지고 있다.

의외로, 모든 금속간 합금 조성물 즉 작은량의 공정상과의 금속간 합금의 혼합물뿐만아니라 중량으로 44% Sr을 함유한 Al₄Sr, 중량으로 62% Sr을 함유한Al₂Sr 및 중량으로 77% Sr을 함유한 AlSr이 중량으로 40% 내지 81%의 스트론티움의 전체조성물을 특징으로 하며 불연속입상으로서 용해된 알루미늄-실리콘에 첨가될 때에 빠르게 용해되는 것을 측정되었다. 이러한 금속간 합금의 빠른 용해는 다음과 같은 이점이 있다.

·알루미늄리치-스트론티움 마스터어로이의 종래기술의 검토는 그 성적이 공정상의 기지내에서 상호연결된 플레이트렛의 네트워크로서 나타나는 1차 Al₄Sr금속간상의 양과 사이즈로 결정되는 것을 나타내었다. 본 발명은 금속간 합금 Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr과 그 혼합물이 3차원불연속입자로 존재하고 플레이트렛의 상호연결된 네트워크로서 존재하지 않는다. 본 발명에 있어서, 40 내지 81% 스트론티움을 가진 전체조성물의 부분을 형성하는 금속간 합금은 5000미크론만큼 크게 될 수 있고 종래기술에 기술된 Al₄Sr 금속간입자 보다 50 내지 500배 더 크게 될 수 있다. 약 81% 만큼 높은 스트론티움농도를 함유한 5000미크론의 입자가 고 스트론티움리커버리로 빠르게 용해된다.

·본 발명의 금속간 합금보다 스트론티움이 풍부한 90% 스트론티움 리치- 10% 알루미늄 공정합금의 용해는 720℃아래의 온도에서 용해되도록 첨가될 때에 단지 효과적이다. 이것은 금속간 합금의 용해점위로 알루미늄 용해온도를 국부적으로 상승시키는720℃아래의 발열을 방출하기 때문이다. 720℃위의 용해온도에서 불충분한 발열은 국부적 용해온도를 상승시키도록 방출시킨다. 720℃위의 용해온도에서의 결과로서 마스터어로이의 용해로부터의 90% 스트론티움이 풍부한 액체가 용해시 희석되므로, 고온의 금속간상 AlSr(77%Sr),Al₂Sr(62%Sr) 및 Al₄Sr(44%Sr)은 고체로서 석출되고 용해율을 크게 지연하고 스트론티움의 리커버리을 낮게한다. 이러한 정보에 기초하여, 약 81%에 이르는 Sr을 함유하는 금속간 합금이 빠르게 용해시키기 위하여 발열의 방출을 요구하고 그래서 720℃위의 용해온도에서 비효과적인 것이 예측된다. 하지만, 동일한 발열효과는 금속간 합금을 사용할 때 스트론티움 리커버리 및 용해율로서 본 발명의 입상이 750℃의 용해온도에서 조차도 우수하다는 것은 나타나지 않았다. 44%보다 더 큰 스트론티움농도를 가진 금속간 합금입상의 용해율은 90% 스트론티움-10% 알루미늄 공정합금을 기초로 한것에서 기대되는 바와 같이 용해시 더 높은 용해점상의 형성에 의해서 방해되지 않는다.

본 발명에 따른 금속간 합금입상은 먼저 용해하고 합금시킴으로써 생산된다. 합금은 용해된 합금으로 시작하고 그 다음에 적당한 양의 스트론티움 금속으로 합금시키거나 또는 먼저 스트론티움 금속을 용해하고 그 다음에 적당한 양의 알루미늄 금속으로 합금시킴으로써 준비될 수 있다. 스트론티움이 풍부한 용해물은 아르곤과 같은 불활성가스에 의해서 분위기로부터 보호된다. 또한 특히 알루미늄이 풍부한 용해물은 대기습도으로부터 수집된 수소의 양을 제한하여야 한다. 합금은 응고가 시작되는 온도상에서 적어도 50℃의 과열의 용해온도에서 통상 실행된다. 이러한 금속간 합금이 고체상태에서 취성이므로 입상은 기준 클러싱 및 연마기술을 사용한 분쇄에 의해서 생산될 수 있다.

스트론티움-알루미늄 합금입상의 최적 스크린 사이즈분포는 사용방법에 좌우된다. 직접 첨가를 용해물의 표면상에 또는 용해물내의 휘젓은 와류내에 수용하거나 또는 용해된 표면아래에서 밀어넣는 적용 또는 용해물이 입상의 상부에서 부어지는 붇는방법에 있어서, 적당하게 150미크론 또는 더 작은 스크린의 분포를 가진 입상은 받아들일 수 있다. 하지만, 이러한 적용방법에 있어서의 입상은 사이즈가 대략 2500미크론 보다 작다.

스트론티움-알루미늄 금소간 합금 입상이 브리케트등으로의 컴팩트 또는 로드 또는 다른 형상으로의 압출에 의한 합체을 위하여 알루미늄과 같은 다른 입상재와의 미리 혼합되는 방법에 있어서, 약 2500미크론 보다 작은 스크린사이즈분포는 받아들일 수 있고 500미크로이하는 바람직하며 150미크로이하는 가장 바람직하다.

스트론티움-알루미늄 합금입상이 랜스 또는 적당하게 설계된 로터리디가서(rotary degasser)를 통하여 공압표면분사부를 사용하여 용해물로 도입되는 방법에 있어서, 2400미크론 보다 작은 스크린사이즈분포는 받아들일 수 있으며 850미크론이하는 바람직하다.

스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상이 풍부한 스트론티움-알루미늄 마스터어로이로 다음에 사용하기 위하여 용해된 알루미늄 또는 용해된 스트론티움-알루미늄 마스터어로이에 물리적으로 인트레인되는 적용에 있어서, 대략 3000미크론이하의 스크린사이즈분포는 받아들일수 있고 500미크론이하는 바람직하다.

많은 상기 방법에 있어서, 74미크론아래 바람직하게는 43미크론아래와 같은 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상에 존재할 수 있는 초미립자의 양으로 최소화 하는 것은 바람직하나 필요하지는 않다.

스트론티움이 고반응금속으로 알려진 바와 같이 분위기 산소, 질소 및 스트론티움-알루미늄 합금입상의 습도와의 반응은 또한 실험되었다. 다음의 표 Ⅰ에 도시된 바와 같이 147미크론이하의 사이즈분포를 가진 스트론티움-알루미늄 금속간합금입상은 240시간에 이르는 주기동안에 실온에서 분위기에 노출되었다.

표 Ⅰ

실온에서 분위기노출로 인해 스트론티움-알루미늄 금속간 합금 입상(147미크론) 중량 없음

금속판 합금wt % Sr wt % Al	초기Wt gm	노출후의 중량 없음
		24hrs	72hrs	168hrs	192hrs	240hrs
		gm %	gm %	gm %	gm %	gm %
80 20	12.7800	0.1010 0.8	0.1722 1.3	0.2111 1.5	0.2230 1.7	0.2407 1.9
75 25	14.3742	0.0984 0.7	0.1558 1.1	0.1922 1.3	0.2058 1.4	0.2208 1.5
70 30	15.7018	0.0804 0.5	0.1201 0.8	0.1481 0.9	0.1591 1.0	0.1711 1.1
65 35	16.4972	0.0433 0.3	0.0626 0.4	0.0810 0.5	0.0875 0.5	0.0935 0.6
60 40	16.8018	0.0142 0.08	0.0175 0.10	0.0208 0.12	0.0225 0.13	0.0239 0.14
55 45	16.3624	0.0092 0.06	0.0101 0.06	0.0131 0.08	0.0141 0.09	0.0148 0.09
50 50	17.0397	0.0052 0.03	0.0069 0.04	0.0083 0.05	0.0098 0.06	0.0107 0.06
45 55	17.1828	0.0000 0	0.0000 0	0.0010 0.01	0.0018 0.01	0.0038 0.02
40 60	무시해도 좋은 중량 얻음

이 결과는 예견된 바와 같이 마스터어로이 입상의 반응은 스트론티움농도가 증가함에 따라 증가되는 것을 나타내었다. 하지만 의외로, 80% Sr-20% Al 금속간 합금입상조차에서도 반응정도는 과도하지 않으며 상업적 생산에 적합한 공차제한내에 있어 사용된다. 이러한 비교에 의해서 종래의 90% Sr-10% Al 공정합금은 공기와 잘 반응되며 과도한 습기 또는 스파크에 노출되면 자연적으로 엷어진다. 이 90%Sr 합금은 위험한 것으로 분류되며 침입방지포장에 의해서 대기로부터 차단되어야 한다.

스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상은 적용이 가장 적합한 방법에 좌우되어 다양한 방법으로 사용된다. 이러한 방법은 포함되지만 다음과 같이 제한되지 않는다.

·스트론티움이 풍부한 마스터어로이로서 직접 첨가하는 것. 직접첨가하는 전형적인 방법은 정지 또는 요동된 용해물의 표면에 첨가하는 방법, 기계적으로 또는 다른 용해물을 혼합시킴으로써 발생되는 와류에 첨가하는 방법, 랜스, 트위어 또는 적합하게 설계된 로터리디가서와 같은 잠수되는 장치를 통한 공압분사하는 방법, 액체금속이 입상의 상부에 부어지는 붇는 방법, 및 케이지 또는 캐니스터와 같은 적당하게 설계된 장치을 사용하여 용해된 표면아래서 입상을 밀어넣는 방법을 포함하고 있다.

·스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상을 알루미늄 입상과 같은 다른입자와 혼합하는 것. 이러한 기계적 혼합물은 그 다음에 브리케트, 태블렛등으로 컴팩트되고 열간 또는 고온 압출에 의해서 로드 또는 다른 적당한 형상으로 합체된다. 이러한 컴팩트된 또는 합체된 혼합물은 후에 스트론티움을 용해물에 첨가하는 마스터어로이로서 사용된다. 도 6은 알루미늄 입상과 45% Sr-55% Al 금속간 합금입상(Al₄Sr)의 기계적 혼합물의 연속압출에 의해서 준비된 10% Sr-90%Al 합금로드의 현미경사진을 도시하였다. 도 6에서의 금속간상의 3차원 불연속성질은 종랙기술로 인용된 공지의 스트론티움-알루미늄 공정합금으로 존재하는 연결된 1차 Al₄Sr금속간 플레이트의 3차원 네트워크로부터 완전하게 상이하다.

·온도가 금속간 합금입상의 용해점아래에서 유지되는 용해물내로 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상을 물리적으로 인트레인되는 것. 이러한 용해물은 순수한 알루미늄 또는 스트론티움-알루미늄 합금으로 이루어 지지만 이것으로 제한되지 않는다. 금속간 합금입상을 입상의 용해점아래로 유지되는 용해물내로 물리적으로 인트레인시킴으로써 적당한 주의을 통해 금속간 합금입상은 스트론티움을 함유하거나 함유하지 않는 용해된 모합금(base alloy)내의 3차원 불연속 고체 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입자로서 부유상태로 효과적으로 유지될 수 있다. 그 다음에 액체-고체 혼합물은 잉곳, 빌렛등으로 주조될 수 있고 로드등으로의 빌렛의 직접압출 또는 압출후 스트론티움이 풍부한 마스터어로이로서 사용될 수 있다. 도 7은 이러한 타입의 풍부한 스트론티움-알루미늄 마스터어로이가 도 2에 도시된 바와 같이 공정기지내에 1차 Al₄Sr금속간상의 상호연결된 네트워크을 함유하는 공지의 스트론티움-알루미늄 마스터어로이와 다르다는 것을 도시하고 있다. 본 발명에 있어서, 스트론티움은 상호연결되지 않은 3차원 불연속 스트론티움이 풍부한 금속간 입자에 존재한다. 기지는 알루미늄 또는 알루미늄-스트론티움 합금일 수 있다. 도 8은 20% Sr 합금이 기지를 형성하는 10% Sr-90% Al 모합금에 적당한양의 Al₄Sr 금속간 입상을 인트레인시킴으로써 준비될 때에 금속간 Al₄Sr 플레이트가 파단되는 것을 도시하고 있다.

스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상은 제한되지 않지만 알루미늄-실리콘 주물내에서 아시큘러 실리콘을 변형시키고 알루미늄 압출합금내에서 금속상을 변형시키는 방법을 위하여 스트론티움을 용해물에 첨가시키도록 이들 방법을 사용할 수 있다. 본 발명과 종래기술에 인용된 공정함유 마스터어로이사이의 명백한 차이는 1차상 금속간 합금의 받아들일 수 있는 사이즈다. 종래의 기술에 있어서, 반복된 시도는 티타늄, 붕소의 첨가에 의해서 또한 분무화에 의해서 Al₄Sr 1차상 금속간의 사이즈 및 양을 감소시키는 것이다. 미국특허 제 4,576,791호에 개시된 바와 같이 현미경을 통하여 본 1차상 Al₄Sr 금속간의 2차원 사이즈는 100미크론으로 감소되어 마스터어로이의 스트론티움농도를 중량으로 20% Sr으로 증가될 수 있다. 10미크론이하로의 사이즈의 감소는 35% Sr 농도를 달성하기 위하여 요구된다.

이러한 종래기술과 다르게 본 발명은 사용방법에 좌우되어 대략 5000미크론(5mm)의 사이즈에 이르더라도 빠른 용해와 고 스트론티움 리커버리를 할 수 있는 공정상이 없고 최소로 3차원 불연속 금속간 합금입상을 사용한다. 실례1의 표Ⅱ에 예시된 바와 같이 휘젓은 와류에 직접 첨가하면 본 발명에서 설명된 바와 같이 금속간 합금입상은 마이너스 147 미크론에서의 사이즈때 보다 -1651 내지 ＋147미크론의 사이즈 때 실질적으로 더 빠르게 용해된다. 스크린사이즈을 증가시킴으로써 얻은 이러한 개량은 종래의 공정함유합금에 존재하는 Al₄Sr 1차상 금속간의 사이즈를 감소시키는 것에 대한 종래기술에서의 인용된 정해진 노력에 기대되지 않았다.

다음의 실례에 있어서, 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상은 교정조성물로 용해되고 합금되고 블록으로 주조되고 블록을 입상으로 분쇄하고 연마함으로써 준비된다.

실례1 :

와류로의 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상의 직접첨가

다수의 실험은 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상이 대략 300rpm에서 작동되는 기계적 믹서에 의해서 발생된 와류내로 356 알루미늄-실리콘 용해물에 직접첨가되는 것으로 실행되었다. 아래의 표Ⅱ에 설명된 바와 같이 실험은 상이한 합금조성물과 스크린 사이즈분포의 입상을 사용하여 2개의 용해온도(700 와 750℃)에서 실행되었다.

표 Ⅱ

356 Al-Si 합금 금속으로의 Sr-Al 금속간 합금 입상의 직접 첨가의 결과

금속간 합금입상% Sr % Al	스크린 사이즈, μ	용해온도 ℃	최대 Sr 리커버리, %	최대 Sr 리커버리에 대한 시간
75 25	-147	700	82	10
50 50	-147	700	77	10
40 60	-147	700	70	10
80 20	-147	750	93	10
75 25	-147	750	100	10
65 35	-147	750	100	10
60 40	-147	750	100	2
45 55	-147	750	81	10
40 60	-147	750	70	10
80 20	-	750	91	2
60 40	417+147	750	93	2
60 40	-	750	95	2
	417+147
62 38	-	700	98	2
	417+147
	-1651

상기의 실험의 결과는 모든 금속간 합금조성물에 대한 우수한 스트론티움리커버리을 나타내었다. 대단히 빠른 용해는 -1651μ 내지 ＋147μ의 범위의 스크린사이즈를 가진 더 큰 입상에 대해 700℃과 750℃의 용해온도에서 달성된다. 우수한 스트론티움 리커버리는 -147μ사이즈의 입상으로 달성된다. 하지만 용해시간은 용해에 의한 미세한 입상의 나쁜 습기성으로인해 표면장력어려움의 결과로 될 수 있다.

이러한 실례의 결과는 놀러웠다. 금속간 합금의 사이즈를 증가하는 상태로 용해율의 개량은 공정함유합금에 기초한 종래기술에서 기대되지 않았다. 금속간 합금입상에 대한 -1651μ에서의 절대 사이즈는 최대 20% Sr을 구비한 공정함유합금에 대한 -100μ와 최대 35% Sr을 구비한 공정함유합금에 대한 통상-10μ의 종래기술에서의 허용가능한 금속간상 사이즈보다 현저하게 크다. 720℃보다 더 높은 용해온도에서 우수한 용해율과 스트론티움 리커버리는 44% Sr보다 더 큰 금속간합금에서 기대되지 않는다.

실례 2:

공기분사에 의한 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상의 직접첨가

다수의 실험은 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상이 공기분사에 의해서 356 알루미늄-실리콘 용해물에 직접첨가되는 것으로 실행되었다. 이러한 분사시도는 매달린 스트론티움 금속간 합금입상을 입상이 용해물내의 아래표면에서 해제되는 로터리디기서의 축내의 중심보어아래로 불움으로써 달성된다. 입상은 약 30초의 주기에 걸쳐 분사되고 용해샘플은 스트론티움에 대해 나중에 채집되고 분석된다.

마이너스 1651미크론의 사이즈인 62% Sr-38% Al 합금입상에 있어서, 72% 스트론티움 리커버리는 합금분사주기의 끝후에 대략 2분내에 달성된다. 이 실험중에 디가싱 임펠러는 300rpm으로 회전하고 용해온도는 760℃로 유지된다.

제2실험은 150rpm의 임펠러속도로 실행되며 70%의 스트론티움 리커버리는 2분내에 달성된다.

실례 3:

고체의 스트론티움-알루미늄 금속간 입상을 모용해물에 인트레인시킴으로써 준비된 스트론티움이 풍부한 마스터어로이의 직접첨가

23%에 이르는 Sr을 함유한 스트론티움이 풍부한 마스터어로이는 입상의 용해점아래의 온도에서 먼저 적당량의 스트론티움-알루미늄 금속간 합금입상을 알루미늄 또는 알루미늄-스트론티움 합금 모용해물에 인트레인시킴으로써 생산된다. 액체와 고체 스트론티움이 풍부한 입상의 혼합은 후에 잉곳 및 빌렛으로 주조된다. 이 빌렛은 후에 3/8인치 직경의 로드로 압출된다. 이것은 스트론티움 금속간 합금입상의 3차원 불연속입자를 함유하는 스트론티움이 풍부한 마스터어로이의 새로운 타입으로 된다. 이 합금은 스트론티움이 불연속 스트론티움이 풍부한 입상으로 3차원형상으로 존재하는 반면에 종래의 합금에 있어서 스트론티움이 공정기지내에서 상호연결된 금속간 니들 또는 플레이트의 3차원 네트워크로서 존재하므로 종래의 스트론티움-알루미늄 마스터어로이와 다르다. 표Ⅲ는 잉곳 또는 압출된 형태로 본 발명에 따라 준비된 스트론티움이 풍부한 마스터어로이가 표면에 첨가되거나 또는 760℃에서 356 알루미늄-실리콘 합금용해물에 밀어넣는 실험의 결과를 요약하였다.

이 결과는 불연속 고체 금속간 합금입상을 모 용해물에 인트레인시킴으로써 생산되는 잉곳 또는 압출된 로드의 형태로 있는 스트론티움이 풍부한 마스터어로이가 용해되어 고스트론티움 리커버리를 발생시키는 것을 보장한다.

표 Ⅲ

모재	최종 마스터 어로이	356 용해물로의 최종 합금 첨가
금속간 합금 입상	모용해물	형태	% Sr	첨가방법	용해온도 ℃	리커버리 % Sr	최대 Sr리커버리에대한 시간
% Sr								% Al
45	55	Al	잉곳	23	표면	760	85	2
45	55	Al	잉곳	23	밀어넣음	760	91	4
45	55	Al	잉곳	20	표면	760	98	2
45	55	Al	압출된 로드	20	밀어넣음	760	95	2
45	55	Al-10% Sr	잉곳	20	표면	760	92	2

실례 4

스트론티움-알루미늄 금속간 입상의 기계적 혼합물을 컴팽트시킴으로써 형성된 태블릿의 직접첨가

60% Sr-40%Al 금속간 입상의 중량으로 33%와 알루미늄 금속입상(모두 통상 -1651μ임)의 중량으로 67%의 기계적 혼합물은 준비되고 태블릿으로 컴팩트된다. 태블릿의 부피조성물은 중량으로 평균 20%스트론티움을 가지고 있다

태블릿은 그 다음에 730℃로 유지되고 휘젓은(300rpm 으로) 356 알루미늄-실리콘 용해물의 표면에 첨가된다.

91%의 스트론티움 리커버리는 태블릿이 첨가된 후 4분내에 달성된다.

주철접종

본 발명의 스트론티움-알루미늄 합금은 회색 및 덕타일 주철의 조직을 변화시키는 데 활용된다. 다음의 실례에 있어서, 회색 및 덕타일 주철은 FeSi 및 Sr/Al 합금단독으로 또는 조합으로 사용됨으로써 접종된다. 각각의 접종실시의 효율은 낙금실험 및 야금검사에 의해서 평가되었다. 가장 유용한 형태는 80% Sr/20% Al 합금과 함께 FeSi의 첨가이다. 회색주철의 경우에 있어서, 낙금은 제거되고 타입 D의 흑연의 양은 결합된 첨가에 의해서 최소로 된다. 덕타일 주철의 경우에 있어서, 결합된 첨가는 낙금의 양을 최소로 하고 흑연결절수를 증가시킨다.

실례는 본 발명의 합금이 접종제단독으로 또는 FeSi와 조합으로 사용될 수 있다는 것을 나타내었다. 다음의 실례에 있어서, 회색주철은 전형적으로 3% C와 2.5% Si를 함유하고 있고 덕타일 주철은 3.7%C 및 2.5% Si를 함유하고 있다. 각 실례에 있어서, 용해된 철은 산사내의 ASTM 3.5 웨지금형으로 주입된다. 웨지는 중간에서 파손되고 낙금구역의 범위는 1/32"의 곱으로 결정된다. 각 실시예에 있어서, 부어지는 온도는 약 1375℃이고 1½분은 전달레들내에서 접종의 용해를 허용한다.접종제의 사이즈범위는 3/8 내지 1/16"이다. 페로실리콘은 86% Si, 0.6% Ca 및 0.7% Al을 함유하고 있다.

실례 5. 회색 주철

용해된 금속은 접종제없이 금형내로 부어진다.

낙금 깊이: 30/32"

실례 6. 회색주철

용해된 금속은 전체용해중량의 0.75%인 양만큼 FeSi와 함께 전달레이들내에서 접종된다.

낙금 깊이: 〈1/32"

실례 7. 회색주철

용해된 금속은 65% Sr/35% Al 합금과 접종된다. 첨가된 스트론티움의 양은 전체 금속중량의 의 0.0225%이다.

낙금 깊이: 13/32"

실례 8. 회색주철

용해된 금속은 65% Sr/35% Al 합금과 FeSi의 조합으로 접종된다. 첨가된 스트론티움과 FeSi의 양은 각각 전체중량의 0.0225% 및 0.75%이다.

실례 9. 회색주철

용해된 철은 실시예 8.에서와 동일한 양으로 80% Sr/20% Al 및 FeSi의 조합으로 접종된다.

낙금 깊이:〈1/32"

Sr/Al 합금이 접종제 단독으로 또는 FeSi와 조합으로 사용된다는 것은 상기 실례로부터 알 수 있다. 회색주철에 있어서, 타입 A 흑연으로 형성되고 임의로 배열되고 균일하게 분포된 흑연백점을 가지는 것은 중요하다. 흑연중의 덜 바람직한 형태중의 하나는 임의의 배열에서 수지상 조직상구역에서 분결되는 타입 D흑연이다. 다음의 표는 웨지의 정점으로부터 타입 A흑연이 발생하는 지점까지의 타입 D흑연의 범위를 도시하고 있다.

접종제 타입 D흑연(내)

FeSi 19/32

65% Sr/35%/Al 29/32

FeSi ＋ 65% Sr/35% Al 9/32

FeSi ＋ 80% Sr/20% Al ＜1/32

회색 주철에 대한 최량의 접종실시는 80% Sr/20%/Al합금과의 FeSi의 결합된 첨가이다.

실례 10. 덕타일 주철

실례 5와 같이

낙금 깊이: 29/32"

실례 11.

덕타일 주철

실례 6과 같이

낙금 깊이: 24/32"

실례 12. 덕타일 주철

용해된 금속은 80% Sr/20% Al합금과 접종된다. 스트론티움 첨가량은 전체 금속중량의 0.0225%이다.

실례 13. 덕타일 주철

실례 8에서와 같이

낙금 깊이: 21/23"

실례 14. 덕타일 주철

실례 9에서와 같이

낙금 깊이; ＜1/32"

덕타일 철에 있어서, 덕타일 철의 경우에 있어서, 80% Sr/20% Al합금단독으로는 FeSi보다 낙금을 감소시키기 위하여 더 효능있는 접종제이다는 것은 명백하다. 그 효능은 FeSi와 결합될 때에 증가한다.

흑연구상수상에서의 접종효과는 다음 표에서 증명되었다.

접종제 구상수/in²

없음 142,580

FeSi 165,160

80% Sr/20% Al 183,870

FeSi ＋ 65% Sr/35% Al 249,676

FeSi ＋ 80% Sr/20% Al 200,000

알 수 있는 바와 같이, Sr/Al 합금은 FeSi보다 흑연구상을 핵생성시키는데 더 효과적인 접종제이다. 그 효능은 FeSi의 결합된 첨가로 증가된다.

회색 주철의 용해물로의 접종제의 첨가을 위한 방법은 자유유동입상, 브리케트 또는 강-재킷형 코어와이어의 형태로 접종제를 사용할 수 있다. 후자의 경우에 코드와이어는 알루미늄 스트론티움 합금과 페로실리콘뿐만 아니라, 희토류 규소화물과 같은 다른접촉조성물을 포함할 수 있다.

상기 실례는 제한없이 본 발명의 생산과 사용방법을 예시하는 목적으로 나타내었다. 변경 및 수정은 다음의 클레임에 한정된 본 발명의 범위로부터 이탈하지 않고 이루어질 수 있다.

Claims (22)

1. 알루미늄 실리콘으로의 마스터어로이 첨가로서 또는 주철용 접종제로서의 용도에 적합한 조성물에 있어서, Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr의 군으로부터 선택된 금속간 합금의 입상을 포함하고 있으며 이 조성물은 중량으로 41 내지 81% 스트론티움을 함유하고 있고 최소량의 알루미늄-스트론티움 공정상을 가지는 것을 특징으로 하는 조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 합금은 공정함유합금의 조성범위내에서 4%를 넘지않게 신장되는 것을 특징으로 하는 조성물.
3. 제 1 항에 있어서, 본질적으로 AlSr 공정상이 없는 것을 특징으로 하는 조성물.
4. 제 1 항에 있어서, 입상은 사이즈가 5000μ보다 작은 것을 특징으로 하는 조성물.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 입상은 연결되지 않은 자유-유동형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 조성물.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 입상은 알루미늄 입상을 또한 함유하는 압출된 로드에 합체되는 것을 특징으로 하는 조성물.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 입상은 주물 알루미늄 합금의 빌렛내에 인트레인되는 것을 특징으로 하는 조성물.
8. 제 1 항에 있어서, 입상은 사이즈가 147 내지 1650μ 인 것을 특징으로 하는 조성물.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 입상은 3차원 불연속인 것을 특징으로 하는 조성물.
10. 알루미늄-실리콘 합금을 정련하는 방법에 있어서, Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr의 군으로부터 선택된 금속간 합금의 용해된 자유-유동입상에 첨가하는 단계와 중량으로 40 내지 81% 스트론티움과 단지 최소량의 알루미늄-스트론티움 공정상을 함유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 입상은 사이즈가 5000μ보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 10 항에 있어서, 입상은 사이즈가 147 내지 1650μ 인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 입상은 3차원 불연속인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 주철용 접종제에 있어서, 칼슘과 함께 청구항1의 조성물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 주철용 접종제.
15. 제 14 항에 있어서, 상업등급 FeSi을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 주철용 접종제.
16. 제 14 항에 있어서, 금속간 합금은 65% Sr 및 35% Al을 함유하는 것을 특징으로 하는 접종제.
17. 제 14 항에 있어서, 금속간 합금은 80% Sr 및 20% Al을 함유하는 것을 특징으로 하는 접종제.
18. 회색 주철을 접종하는 방법에 있어서, Al₄Sr, Al₂Sr 및 AlSr의 군으로부터 선택되는 용해된 금속간 합금에 첨가하는 단계와 중량으로 40 내지 81% 스트론티움과 단지 최소량의 알루미늄-스트론티움 공정상을 함유하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
19. 제 18 항에 있어서, 금속간 합금은 자유-유동입상의 형태로 되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
20. 제 18 항에 있어서, 입상은 사이즈가 5000μ보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
21. 제 18 항에 있어서, 입상은 사이즈가 147 내지 1650μ 인 것을 특징으로 하는 방법.
22. 제 18 항에 있어서, 상기 입상은 3차원 불연속인 것을 특징으로 하는 방법.