KR20000062659A - 단조용 소재 및 그 성형방법, 성형장치 및 상기 소재를이용한 단조부재의 제조방법 - Google Patents

단조용 소재 및 그 성형방법, 성형장치 및 상기 소재를이용한 단조부재의 제조방법 Download PDF

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제임스 이. 미러
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Abstract

본 발명은 주조 조건 혹은 사출 성형 조건을 적정하게 설정함으로써 결함이 적은 고품질의 경합금(輕合金)제 단조(鍛造)용 소재를 제공하고, 또한 단조 조건을 적정하게 설정함으로써 강도 특성이 우수한 건전한 경합금제의 단조 부재를 얻는 것으로서, 경금속제의 단조 부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 제공되는 단조용 소재는 경금속 용탕(溶湯: 완전히 용융시킨 상태)을 반용융 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시키는 반용융 사출 성형법으로 성형되며, 상대 밀도가 90%이상인 것을 특징으로 하고, 상기 경금속 용탕은 마그네슘 합금의 용탕을 이용하는 것을 특징으로 한다.

Description

단조용 소재 및 그 성형방법, 성형장치 및 상기 소재를 이용한 단조부재의 제조방법{FORGING MATERIALS, AND METHOD AND APPARATUS FOR MOLDING THE SAME, AND METHOD FOR PRODUCING FORGING MEMBERS BY USING THE SAME}
본 발명은 경금속제의 단조(鍛造) 부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 공급되는 단조용 소재 및 그 성형방법, 성형장치 및 상기 소재를 이용한 단조 가공에서 얻어지는 단조 부재의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 예를들면 마그네슘(이하, 그의 원소 기호 Mg로 표시한다.) 및 그의 합금 혹은 알루미늄(이하, 그의 원소 기호 Aℓ로 표시한다.) 및 그의 합금 등의 경금속을 재료로 한 경금속제 부재를 제조하는 방법으로는 주조법을 베이스로 한 것이 가장 일반적이다. 이 주조법의 한 종류로서 경금속 용탕을 고압에서 주형내로 주입 충전함으로써 주조 프로세스의 고속화를 실현하고, 그의 생산성을 대폭 향상시킬 수 있도록 한 소위 다이캐스트법은 종래부터 잘 알려져 있다.
또한, 경금속 용탕을 그의 융점 이상의 완전 용융 상태에서 주형내로 주입 충전하는 통상의 용해 주조법에 대해, 경금속 용탕을(기본적으로는 그의 융점 미만의) 반용융 상태에서 주형내로 주입 충전하도록 한 반용융 주조법도 공지의 것 이다.
또한, 최근에는 특히 Mg 및 그의 합금 등에 대해 사출 성형법을 이용한 경금속제 부재의 제조방법이 실용화되고 있다. 이 방법은 용융 상태의 경금속 용탕을 사출 성형장치를 이용하여 그의 사출 노즐로부터 성형형의 성형 캐비티내로 사출 충전시키는 것으로, 주조법에 비해 짧은 사이클타임에서 효율 좋게 성형품(경금속제 부재)을 제조할 수 있다. 또한, 이 사출 성형법은 예를들면 다이캐스트법 등의 주조법에 비교한 경우, 작업 환경면에서 비교적 깨끗(청정)하고 안전성도 보다 높으며, 또한 품질면에 있어서도 바람직하지 않은 공동부, 미세 구멍 등의 결함이 적고, 고정밀도로 균질한 경금속 성형품을 얻을 수 있는 프로세스로서 알려져 있다.
이 사출 성형법에 있어서도 경금속 용탕을(기본적으로는 그의 융점 미만의) 반용융 상태로 하여 사출 노즐로부터 성형 캐비티내로 사출 충전하도록 한 소위 반용융 사출 성형방법이 알려져 있다(예를들면, 특공평 2-15620호 공보 참조).
상기 사출 성형법에 있어서뿐만 아니라 주조법에 있어서도, 반용융 상태의 금속 용탕을 이용한 경우, 용탕 온도(이하, 완전히 용융시킨 상태가 아닌 반용융 상태인 것이어도 「용탕」이라고 칭한다.)가 낮으므로, 소위 「버르」가 생기지 않아 고속 및/또는 고압에서의 사출에도 적합하고, 생산성의 향상을 도모하는 데도 유리해 진다.
또한, 금속 용탕을 반용융 상태로 하여 성형 캐비티에 충전시킴으로써 완전히 용해된 액상 부분중에 미용해의 고상(固相) 부분이 혼재된 용탕이 그대로 충전되어 있으므로, 층류(層流)에 가까운 상태에서 충전되게 되고, 가스의 유입이 비교적 적어도 되며, 비교적 균질한 조직을 얻을 수 있다. 이에 따라, 얻어진 부재 전체로서의 기계적 특성을 높힐 수 있게 된다.
단, 본 명세서에 있어서, 「고상」이란 「경금속 용탕이 반용융 상태인 경우에 용융되지 않고 고체 상태를 유지하고 있는 부분」을 말하고, 또한 「액상」이란 「완전하게 용해되어 액체상태로 되어 있는 부분」을 말한다. 상기 「고상」은 얻어진 경금속제 부재의 응고 조직을 관찰하여 「반용융의 금속 용탕 상태에서 용융되지 않고 고체 상태를 유지하는 부분」으로서, 「반용융의 금속 용탕 상태에서 완전히 용해되어 액체 상태로 된」 액상 부분과는 용이하게 식별할 수 있다. 얻어진 부재에 대해 「고상」이라고 하는 경우는 「반용융의 경금속 용탕 상태에서 용융되지 않고 고체 상태를 유지한 (고상이었던) 부분」을 말한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 「고상율」이란 「반용융 상태의 금속 용탕에서 용탕 전체(고화＋액화)에 대한 고상의 비율」을 말하고, 사출후의 성형품의 응고 조직을 관찰함으로써 관찰 영역 전체에 대해 「고상」인 부분의 비율(면적비율)로서 수치적으로 구할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 경금속 용탕에 대해 「반용융 상태」란 기본적으로 「고체상태의 원료(고상)와 용융되어 액체상태로 된 원료(액상)가 공존하는 상태」를 말하고, 통상, 원료를 그의 융점 미만으로 가열함으로써 얻어지는 상태이다. 단, 경금속 용탕의 온도가 실질적으로 그의 융점 혹은 융점 바로 위이고, 고상율이 실질적으로 0%인 경우도 이 「반용융 상태」에 포함되는 것으로 한다.
단, 경금속 용탕 자체가 이와같이 실질적으로 고상율 0%인 경우라도 예를들면 반용융 사출 성형법에서 현실의 사출 성형 공정을 생각하면, 사출 노즐로부터 형(型)내로의 1회(1쇼트)의 사출이 끝나고 차회(다음 쇼트)의 사출이 행해지기까지의 사이에 사출 노즐의 용탕 공급 경로내의 금속 용탕이 냉각되어 노즐 선단측에 응고 부분(소위 콜드 플러그) 이나 고상율이 높은 부분이 발생하므로, 실제로 성형 캐비티내로 사출되는 경금속 용액에는 불가피하게 고상 부분이 포함되게 된다.
한편, 상술한 주조법이나 사출 성형법에 비해 보다 고강도의 경금속제 부재를 얻는 것이 요구되는 경우에는 가장 일반적으로 단조법이 채용된다. 또한, 이 단조법으로 경금속제 부재를 제조하는 제조법의 일예로서, 예를들면 일본국 특개평 6-297127호 공보에 개시되어 있는 바와같이, 단조 가공에 앞서 주조법에 의해 그의 단조 가공에 적합한 소재(단조용 소재)를 성형하고, 이 소재를 소정의 단조 형(型)에 셋트하여 단조 가공을 행하도록 한 소위 주조 단조법이 알려져 있다.
이 주조 단조법에 의하면, 주조(소재)단계에서 단조 가공에 의한 완성품(단조 부재)의 형상에 비교적 가까운 반제품 형상으로 성형할 수 있다. 이에따라, 단조공정을 마무리 단조의 1공정만으로 간략화하는 것이 가능해 지고, 또한, 복잡한 형상의 부재라도 단조할 수 있게 된다. 또한, 단조성이 그다지 좋지 않은 재료라도 지장없이 단조 가공을 행할 수 있도록 소재의 조직을 조정하는 것도 가능해진다.
단, 이 주조 단조법의 단조용 소재의 성형을, 주조법대신에 사출 성형법으로 행할 수 도 있다.
그러나, 이 주조 단조법의 주조 공정(단조용 소재 성형 공정)에 있어서, 용탕 충전시 등에 에어를 포함하는 가스가 유입되는 경우가 있고, 이러한 가스가 유입되어 내재된 상태에서 응고되면 주조품 내부에 가스 결함으로 잔존하게 된다. 특히, 이 단조용 소재의 성형 공정에 다이캐스트 주조 등의 고속·고압 충전이 가능한 주조 프로세스를 이용한 경우에는 상기와 같은 가스 결함이 보다 발생하기 쉬워 문제가 더욱 현저해 진다.
이와같은 가스 결함이나 소위 바람직하지 않은 공동부, 미세 구멍 등의 결함은 주조 혹은 사출 성형만에 의한 제조 공정에서 완전히 없애는 것은 매우 힘들다. 특히, 두께가 두꺼운 부재의 경우, 중심부에서의 응고 속도가 낮아지므로, 중심부 및 그 근방에서의 결정 입자 직경이 커져 충분한 강도를 얻는 것이 더욱 어려워 진다.
상술한 반용융 사출 성형법의 경우, 일반적으로 고상율을 높힘으로써 가스 결함이나 바람직하지 않은 공동부, 미세 구멍 등의 결함을 저감시킬 수 있는데, 이 경우에도, 결함을 완전히 없애는 것은 어렵고, 또한, 결함량이 같으면, 고상율이 높을수록 오히려 강도가 저하되는 것이 알려져 있다.
따라서, 단순히 고상율을 높게 설정하는 것만으로는 부재 강도를 대폭 높히는 것을 그다지 기대할 수 없다.
이상과 같이, 주조 혹은 사출 성형으로 얻어진 소재(단조용 소재)에는 불가피하게 어느 정도의 결함이 내포되어 있다고 생각할 수 있는데, 이 소재내의 결함량이 많은 경우는 단조시에 균열 발생의 원인이 되므로 단조율을 그다지 높게 설정할 수 없고, 또한, 단조에 의해 결함을 완전히 없애는 것도 어렵기 때문에, 단조에 의한 충분한 부재 강도의 향상 효과를 얻을 수 없다. 특히, 단조형으로 형성되는 단조 성형공간이 완전히는 폐색(閉塞)되지 않고, 단조용 소재의 적어도 일부가 단조 형에 의해 구속되지 않으며 자유롭게 소성 변경될 수 있도록 된 소위 비폐색(非閉塞) 단조법의 경우에는 단조 공정에서 결함을 완전히 없애는 것이 더욱 어렵다.
또한, 주조 혹은 사출 성형으로 얻어진 소재를 단조 가공할 경우, 소재내의 결함량의 여하에 상관없이 그의 단조 조건을 적정하게 설정하지 않으면, 내재하는 결함량을 어느 정도 저감시킬 수 있지만, 결함이 부재 내부에 잔존하여 역시 충분한 부재 강도의 향상 효과를 얻을 수 없다.
본 발명은 상기 모든 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 주조 조건 혹은 사출 성형 조건을 적정하게 설정함으로써 결함이 적은 고품질 경합금제의 단조용 소재를 제공하고, 또한, 단조 조건을 적정하게 설정함으로써 강도 특성이 우수한 건전한 경합금제의 단조 부재를 얻는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 실시형태에 관한 사출 성형 장치의 개략 구성을 도시하는 부분 단면 설명도,
도2는 시험1에 이용한 단조용 소재 샘플의 정면 설명도,
도3은 상기 시험1의 단조용 소재 샘플의 단면 설명도로서, 도2의 Y3-Y3선에 따른 종단면 설명도,
도4는 상기 시험1의 단조용 소재 샘플을 이용한 단조 부재의 종단면 설명도,
도5는 시험 2 및 시험3의 성형형의 캐비티 구조를 모식적으로 도시하는 사시도,
도6은 시험4, 시험5 및 시험6의 두께가 두꺼운 성형품의 개략 형상을 도시하는 사시도,
도7은 시험7의 성형품의 개략 형상을 도시하는 평면 설명도,
도8은 시험8의 단조용 소재의 사시도,
도9는 시험8의 단조용 소재의 단조 공정을 모식적으로 도시하는 설명도,
도10은 시험8의 단조 공정후의 단조 부재 샘플을 도시하는 설명도,
도11은 시험1의 시험 결과를 나타내는 것으로, 단조전의 상대 밀도와 단조후의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도12는 시험2의 시험 결과를 나타내는 것으로, 경금속 용탕의 게이트 속도와 성형품의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도13은 시험3의 시험 결과를 나타내는 것으로, 경금속 용탕의 게이트 단면적과 성형 캐비티 최대 단면적의 비 (Sg/Sw)와 성형품의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도14는 시험4의 시험 결과를 나타내는 것으로, 경금속 용탕의 게이트 속도와 두께가 두꺼운 성형품의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도15는 시험5의 시험 결과를 나타내는 것으로, 경금속 용탕의 게이트 단면적과 성형 캐비티 최대 단면적의 비 (Sg/Sw)와 두께가 두꺼운 성형품의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도16은 시험7의 시험 결과를 나타내는 것으로, 금형 온도와 성형품의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도17은 시험8의 시험 결과를 나타내는 것으로, 단조율과 단조 부재의 상대 밀도의 관계를 나타내는 그래프,
도18은 시험8에서 단조율을 15%로 한 경우의 단조 부재의 금속 조직의 일예를 도시하는 전자 현미경 사진,
도19는 시험8에서 단조율을 25%로 한 경우의 단조 부재의 금속 조직의 일예를 도시하는 전자 현미경 사진이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 사출 성형 장치 3 : 사출 노즐
10 : 금형 11, Cw1 : 성형 캐비티
Cg1 : 게이트부 M1, W1m, W2, W3 : Mg 합금제 단조용 소재
Sg : 게이트 단면적 Sw : 성형 캐비티의 최대 단면적
Vg : 게이트 통과 속도 W1f : 단조 부재
Wv : 성형 캐비티의 용적
본원 발명자들은 상기 기술적 과제를 감안하여 예의 연구한 결과, 소재(단조용 소재) 단계에서의 상대 밀도(이론밀도에 대한 실제 밀도를 백분율(%)로 나타낸 값)을 일정 이상으로 설정함으로써 이 소재를 이용한 단조 가공에서 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 매우 높은 값으로 안정되게 확보할 수 있는 것, 또한 반용융 사출 성형에서는, 성형 형(型)의 게이트 단면적이나 용탕 게이트 통과 속도 나아가서는 성형 캐비티의 용적이나 최대 단면적 등의 모든 요소를 적정하게 설정함으로써, 얻어지는 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 유효하게 높혀 결함량을 저감시킬 수 있는 것을 발견했다.
여기서, 본원의 청구항1의 발명(이하, 제1 발명이라고 한다)에 관한 단조용 소재는 경금속제의 단조 부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 공급되는 단조용 소재로서, 경금속 용탕을 반용융 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전하는 반용융 사출 성형법으로 성형되며, 상대 밀도가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 상기 단조용 소재의 상대 밀도의 하한치를 90%로 한 것은 단조용 소재의 상대 밀도가 이 값 미만에서는, 상기 소재를 이용한 단조 가공으로 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 설정하여 유지하는 것이 곤란하기 때문이다.
또한, 본원의 청구항2에 관한 발명(이하, 제2 발명이라고 한다)은 상기 제1 발명에서 상기 경금속 용탕으로서 마그네슘 합금의 용탕을 이용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본원의 청구항3의 발명(이하, 제3 발명이라고 한다)에 관한 단조용 소재는 경금속제의 단조부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 공급되는 단조용 소재로서, 플랜져 속도가 1〔m/s(미터/초)〕이상인 다이캐스트 주조법 또는 스크류 속도가 1〔m/s〕이상인 사출 성형법으로 제조되며, 상대 밀도가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 다이캐스트 주조법의 플랜져 속도 및 사출 성형법의 스크류 속도의 하한치를 1〔m/s〕로 한 것은, 이 값 미만에서는 단조용 소재 제조시의 가스 유입에 의한 가스 결함의 발생을 저감시킬 수 있지만, 제조시의 사이클 타임이 너무 길어져 실용성이 결여되기 때문이다.
또한, 상기 단조용 소재의 상대 밀도의 하한치를 90%로 한 것은 다이캐스트 주조법 혹은 사출 성형법(반용융 상태의 용탕을 이용하는 경우뿐만 아니라, 완전 용융상태의 용탕을 이용하는 경우를 포함한다)에서도 단조용 소재의 상대 밀도가 이 값 미만에서는, 상기 소재를 이용한 단조 가공에서 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지하는 것이 어렵기 때문이다.
또한, 본원의 청구항 4의 발명(이하, 제4 발명이라고 한다)에 관한 단조용 소재의 성형 방법은 경금속제의 단조 부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 제공되는 단조용 소재를 성형할 때에, 경금속 용탕을 반용융 상태에서 성형 형의 성형 캐비티내로 사출 충전하는 반용융 사출 성형법으로 성형하는 단조용 소재의 성형방법으로서, 게이트 단면적 Sg와, 용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의 상기 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.02 이상으로 설정함과 동시에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 150〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 게이트 단면적Sg의 상기 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw에 대한 비 Sg/Sw의 값을 0.02 이상으로 한 것은 고상율이 매우 낮은 경우(특히 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도, 이 비의 값이 0.02이상이면, 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 150〔m/s〕로 한 것은 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 이 값을 초과하면, 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 안정되게 얻는 것이 곤란해 지기 때문이다.
또한, 본원의 청구항 5에 관한 발명(이하, 제5 발명이라고 한다)은 상기 제4발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 100〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 100〔m/s〕로 한 것은 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 이 값 미만으로 억제함으로써 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본원의 청구항6에 관한 발명(이하, 제6발명이라고 한다)은 상기 제5발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 용탕의 게이트 통과 속도Vg의 상한치를 80〔m/s〕로 한 것은, 용탕의 게이트 통과 속도Vg를 이 값 미만으로 억제함으로써 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도 상대 밀도가 90%이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본원의 청구항 7에 관한 발명(이하, 제7 발명이라고 한다)은 상기 제4항∼제6항중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.1이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비Sg/Sw를 0.1 이상으로 한 것은, 이 비의 값을 0.1 이상으로 유지함으로써 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 본원의 청구항 8에 관한 발명(이하, 제8발명이라고 한다)은 상기 제4항∼제7항중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정함과 동시에, 상기 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계를 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 80〔m/s〕로 한 것은 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 이 값 미만으로 억제함으로써 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도 상대 밀도가 90%이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있기 때문이다.
또한, 상기 Vg·Sg/Wv의 값을 10이상으로 설정하도록 한 것은, 이 값을 10이상으로 유지함으로써 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도 충전 불량이 발생할 염려를 없앨 수 있기 때문이다.
또한, 본원의 청구항 9에 관한 발명(이하, 제9 발명이라고 한다)은 상기 제4항∼제8항 중 어느 하나의 발명에 있어서, 성형 형의 온도를 150℃ 이상에서 350℃미만으로 유지하여 성형한 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 성형 형의 온도(형온)의 하한치를 150℃로 한 것은, 형온이 이 값 미만인 경우에는 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 안정되게 얻기가 어렵기 때문이고, 또한 형온의 상한치를 350℃로 한 것은 형온이 이 값을 초과하면, 지나치게 버르가 발생하거나 혹은 성형 형의 형 접합면으로부터 용탕이 새기 쉬워 지는 등의 문제를 초래할 염려가 있기 때문이다.
또한, 본원의 청구항10의 발명(이하, 제10발명이라고 한다)에 관한 단조용 소재의 성형장치는 경금속 용탕을 반용융 상태에서 사출 노즐로부터 성형 형의 성형 캐비티내로 사출 충전하여 경금속제의 단조용 소재를 얻는 성형장치로서, 게이트 단면적 Sg와 용탕 유입방향에 대해 대략 수직인 방향의 상기 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.02 이상으로 설정됨과 동시에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 150〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 게이트 단면적 Sg의 상기 성형 캐비티 최대 단면적 Sw에 대한 비 Sg/Sw의 값을 0.02 이상으로 하고, 또한, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 150〔m/s〕로 한 것은 제4 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항11에 관한 발명(이하, 제11발명이라고 한다)은 상기 제10발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 100〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 100〔m/s〕로 한 것은 제5 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항 12에 관한 발명(이하, 제12발명이라고 한다)은 상기 제11 발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 80〔m/s〕로 한 것은 제6 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항13에 관한 발명(이하, 제13 발명이라고 한다)은 상기 제10∼제12 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.1이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에, 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적Sw의 비 Sg/Sw를 0.1 이상으로 한 것은 제7 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항 14에 관한 발명(이하, 제14발명이라고 한다)은 상기 제10∼제13 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정됨과 동시에, 상기 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계가 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 용탕의 게이트 통과 속도 Vg의 상한치를 80〔m/s〕로 하고, 또한, 상기 Vg·Sg/Wv의 값을 10이상으로 설정하도록 한 것은 제8 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항 15에 관한 발명(이하, 제15발명이라고 한다)은 상기 제10∼제14 중 어느 하나의 발명에 있어서, 성형형의 온도를 150℃이상에서 350℃미만으로 유지하여 성형하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 성형 형의 온도(형온)의 하한치를 150℃로 하고, 또한 상한치를 350℃로 한 것은 제9 발명의 경우와 같은 이유에 기인한다.
또한, 본원의 청구항 16의 발명(이하, 제16발명이라고 한다)에 관한 단조 부재의 제조방법은 상기 제4항∼제9항중 어느 한항에 기재된 성형방법에 의해 성형된 단조용 소재를 25%이상의 단조율로 단조하는 것을 특징으로 하는 것이다.
여기에 단조율을 25%이상으로 한 것은, 이 값 이상의 단조율로 단조 가공함으로써 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99%이상)으로 안정되게 유지할 수 있기 때문이다.
〈발명의 실시형태〉
이하, 본 발명의 실시형태를 단조용 소재의 성형에 사출 성형법을 채용한 경우를 예로 들어 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선, 본 실시형태에 관한 단조용 소재의 성형에 대해 설명한다. 도1은 본 실시형태에 관한 경금속제 단조용 소재의 사출 성형을 행하는 사출 성형 장치의 개략 구성을 나타내는 부분 단면 설명도이다.
이 도면에 도시하는 바와같이, 상기 사출 성형 장치(1)는 소위 스크류식으로, 선단부에 노즐(3)을 가지고 외주에 배치된 히터(4)로 가열되는 실린더(2)와, 상기 실린더(2) 및 이에 연결 접속된 성형기 본체(5)내에서 회전 가능하게 지지된 스크류(6)와, 예를들면 모터 기구 및 감속기구 등을 구비하여 스크류(6)를 회전 구동시키는 회전 구동 장치(7)와, 원료가 투입되어 비축되는 호퍼(8)와, 호퍼(8)내의 원료를 계량하여 성형기 본체(5)내로 이송 공급하는 공급기(9)를 구비하고 있다.
또한, 상기 성형기 본체(5)내에는 구체적으로는 도시하지 않았지만, 스크류(6)를 노즐(3)측으로 전진시키는 고속 사출 기구가 설치되어 있다. 이 고속 사출 기구는 소정 타이밍에서 스크류(6)를 전진시킴과 동시에, 상기 스크류(6)가 미리 설정된 거리만큼 후퇴하면 이를 검지하여 스크류(6)의 회전을 정지시키고, 동시에 그 후퇴 동작도 정지시키도록 구성되어 있다.
상기 사출 성형 장치(1)는 노즐(3)의 내부 통로와 성형 캐비티(11)에 연결되는 런너부(12)가 연통되도록 위치 설정된 다음, 실린더(2)의 선단측을 금형(10)에 결합하여 이용된다.
상기 호퍼(8)에 투입되어 그 액 내부에 비축된 원료는 공급기(9)에서 소정량이 계량되어 성형기 본체(5)내로 공급되고, 스크류(6)의 회전에 의해 가열 상태의 실린더(2)내로 이송 공급된다. 이송 공급된 원료는 이 실린더(2)의 내부에서 스크류(6)의 회전에 의해 충분히 교반·혼련되어 소정 온도로 가열된다. 본 실시형태에서는 이러한 프로세스에 의해, 보다 바람직하게는 원료의 융점 미만의 반용융 상태의 경금속 용탕을 얻도록 했다.
이와같이 하여 얻어진 반용융 상태의 경금속 용탕이 스크류(6)의 전방으로 압출됨에 따라, 그 압력으로 상기 스크류(6)가 후퇴되어 간다. 단, 다른 수법으로 스크류를 원하는 속도로 강제적으로 후퇴시키도록 해도 좋다.
스크류(6)가 이미 설정된 거리만큼 후퇴하면, 성형기 본체(5)내의 상기 고속 사출 기구(도시하지 않음)가 이를 검지하여 스크류(6)의 회전을 정지시키고, 동시에 그 후퇴동작도 정지시킨다. 단, 원료의 계량을, 스크류(6)의 후퇴거리를 설정함으로써 행하도록 해도 된다.
그리고, 회전이 정지하여 후퇴 위치에 있는 스크류(6)를 고속 사출 기구(도시하지 않음)에 의해 전진시켜 소정의 힘으로 압출함으로써 노즐(3)로부터 금형(10)내에 반용융 상태의 경금속 용탕이 사출된다. 즉, 노즐(3)로부터 런너부(12)를 통하여 성형 캐비티(11)내로 경금속 용탕이 사출 충전되도록 되어 있다.
본 실시형태에서는 원료로서 경금속의 일종인 마그네슘(Mg) 합금을 이용하고, 이를 예를들면 부스러기 형상의 펠릿 형태로 사출 성형 장치(1)의 호퍼(8)에 공급하도록 했다. 보다 바람직하게는 상기 호퍼(8)로부터 성형기 본체(5)내로 통하는 통로에 불활성 가스(예를들면 아르곤 가스)가 충전되어 원료(Mg 합금 펠릿)의 산화 반응 방지를 도모할 수 있다.
상기 금형(10)의 성형 캐비티(11)는 이 사출 성형후에 행해지는 단조 가공에 이용되는 단조형(도시하지 않음)의 성형 캐비티와 유사한 형상으로 형성되어 있고, 후공정에서 얻어져야할 제품인 단조 부재와 유사한 반제품 형상의 사출 성형품(단조용 소재)을 얻을 수 있다.
이에따라, 단조 공정을 마무리 단조의 1공정만으로 간략화할 수 있고, 또한, 복잡한 형상의 부재라도 단조할 수 있게 된다. 또한, 단조성이 그다지 좋지 않은 재료라도 지장없이 단조 가공을 행할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서 상기 사출 성형 장치(1)의 스크류(6)의 전진 속도(바람직하게는 후퇴속도도)가 1〔m/s〕이상이 되도록 설정했다. 스크류 속도의 하한치를 1〔m/s〕로 한 것은, 이 값 미만으로 설정하면 단조용 소재 제조시의 가스 유입에 의한 가스 결함의 발생을 저감시킬 수 있지만, 제조시의 사이클 타임이 너무 길어져 실용성이 결여되기 때문이다.
단, 상술한 반용융 사출 성형법이 아닌 완전 용융 상태의 용탕을 이용하여 행하는 사출 성형법에 의해 단조용 소재를 성형하는 경우에 있어서도 스크류 속도를 1〔m/s〕이상이 되도록 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 단조용 소재의 제조를 이들 사출 성형법이 아닌 다이캐스트 주조법으로 행하는 경우에도 플랜져 속도를 1〔m/s〕〕이상으로 설정하는 것이 보다 바람직하다.
여기에 다이캐스트 주조법의 플랜져 속도 및 사출 성형법의 스크류 속도의 하한치를 1〔m/s〕로 한 것은, 이 값 미만에서는 단조용 소재 제조시의 가스 유입에 의한 가스 결함의 발생을 저감시킬 수 있지만, 제조시의 사이클 타임이 너무 길어져 실용성이 결여되기 때문이다.
상기 사출 성형 장치(1)를 이용하여 사출 성형된 경합금제의 단조용 소재에 대해, 사출 성형 조건을 적정하게 설정하여 결함이 보다 적은 고품질 소재를 얻기 위해, 또한, 상기 단조용 소재를 이용하여 단조 가공을 행하여 얻어지는 단조 부재에 대해 단조 조건을 적정하게 설정하여 강도 특성이 우수한 건전한 소재로 하기 위해 다양한 시험을 행했다.
이하, 이들 시험에 대해 설명한다. 우선, 이들 일련의 시험에서 시료로서 이용한 합금의 화학 조성을 표1에 나타낸다. 단, 이 표1에 나타낸 합금 A∼D 중, 합금B 및 합금D는 ASTM AZ91D에 상당하는 것으로, 단조성이 매우 나쁘고, 통상은 단조 가공에 이용하는 것이 무리인 합금이다.
(단위: 중량%)
Al Zn Mn Fe Ni Cu Mg
합금A 7.2 0.2 0.22 0.003 0.0008 0.001 나머지부
합금B 9.2 0.7 0.22 0.004 0.0008 0.002 나머지부
합금C 6.2 0.9 0.23 0.003 0.0008 0.001 나머지부
합금D 8.9 0.7 0.24 0.003 0.0008 0.001 나머지부
〈시험1〉
우선, 소재 단계의(즉, 단조전의) 상대 밀도가 단조 후의 부재의 상대밀도에 미치는 영향을 조사한 시험1에 대해 설명한다.
도2 및 도3은 본 시험에서 이용한 단조용 소재 샘플의 형상을 나타내는 평면 설명도 및 종단면 설명도이다. 또한, 도4는 상기 샘플의 단조후의 종단면 설명도이다. 또한, 도3 및 도4에서 치수를 표시하는 숫자의 단위는 미리미터(〔mm〕)이다. 단, 이 시험1에서는 상기 표1에 표시한 4종류의 합금 시료 중 합금A를 재료로 이용했다.
이들 도면에서 알 수 있는 바와같이, 본 시험에서 이용한 단조용 소재 샘플 W1m는 상면의 외주 부분에 환형상의 볼록부를 구비한 대략 원반형으로 형성되어 있고, 그 외경(外徑) 및 환형상 볼록부의 폭이(즉, 환형상 볼록부의 내경(內徑) 칫수 및 외경 칫수가) 변하지 않도록 단조형(도시하지 않음)으로 규제한 상태에서 중앙의 오목부에 단조 압력을 가하여 단조 부재W1f가 얻어진다.
이 때, 단조용 소재W1m는 환형상 볼록부의 내경과 외경만이 규제되어 있으므로, 중앙의 오목부가 얇아지고, 또한 환형상 볼록부가 높아지도록 소성 변형된다. 즉, 도2 및 도3에 도시한 단조용 소재W1m로부터 도4에 도시하는 단조 부재W1f를 얻는 단조 가공은 단조형으로 형성되는 단조 성형 공간이 완전히 폐색되지 않고, 단조용 소재W1m의 적어도 일부(이 경우, 환형상 볼록부의 상면측)가 단조형에 의해 구속되지 않고 자유롭게 소성 변형될 수 있도록 된, 소위, 비폐색 단조법에 의한 것이다. 단, 주지와 같이 이 비폐색 단조법의 경우에는 통상, 소재W1m에 내포되어 있는 결함을 단조 공정에서 완전히 없애는 것은 매우 힘들다.
이상과 같이 하여 얻어지는 단조 부재W1f에 대해, 소재 단계의 (즉, 단조전의) 상대 밀도를 약 85%에서 95%사이에서 변화시킨 경우의 단조후 부재의 상대 밀도를 각각 측정했다. 측정 결과는 도11에 도시하는 대로이다.
도11의 그래프로부터 잘 알 수 있듯이, 단조전의 상대 밀도가 약 90%이상이면, 단조후의 상대 밀도는 최대값과 최소값 사이의 편차가 매우 작고, 최소값이라도 99%를 확실하게 넘으며, 대략 100%에 가까운 매우 높은 값으로 된다. 한편, 단조 전의 상대 밀도가 약 90% 미만인 경우에는 그 값이 낮아지는데 따라, 단조후의 상대 밀도는 최대값/최소값의 편차가 커지고, 또한, 상대 밀도의 수치 레벨도 급격하게 저하된다.
따라서, 반용융 사출 성형법을 이용함에 따른 특유의 작용 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 단조전의 소재 단계에서의 상대 밀도가 90% 이상이 되도록 설정함으로써 상기 소재를 이용하여 단조 가공을 행한 경우에 (소위 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있게 된다.
또한, 특히 일반적으로 단조성이 좋지 않은 Mg 합금을 재료로 이용한 경우에도 단조 가공에 의해 소재 내부 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있다.
또한, 본 시험1에서는 반용융 사출 성형법을 이용하였으므로, 단조용 소재를 제조하는데 있어, 반용융 사출 성형법을 이용함에 따른 특유의 작용 효과를 얻을 수 있는데, 다이캐스트 단조법 혹은 통상의(완전 용융 상태의 용탕을 이용한다) 사출 성형법을 적용하는 경우에는 다이캐스트 단조법의 플랜져 속도 및 사출 성형법의 스크류 속도를 1〔m/s〕이상으로 설정하여 제조시의 사이클 타임을 적정하게 유지하고, 이들 프로세스를 채용함에 따른 충분히 높은 생산성을 확보할 수 있게 된다.
이 경우에도 소재 단계에서의 상대 밀도가 90% 이상이므로, 상기 소재를 이용하여 단조 가공을 행함으로써 (소위, 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지하고, 소재 성형시에 발생한 가스 결함 등의 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있게 된다.
〈시험2〉
다음에 반용융 사출 성형의 용탕 게이트 통과 속도가 성형품(단조용 소재)의 상대밀도에 미치는 영향을 조사한 시험2에 대해 설명한다. 단, 이 시험2에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 시료 중 합금B를 재료로 이용했다.
도5는 본 시험2에서 이용한 성형 형의 캐비티 구조를 모식적으로 나타낸 설명도인데, 이 성형 형에서는 성형품의 형상에 대응한 성형 캐비티Cw1에 게이트부Cg1를 통하여 런너부Cr1가 접속되어 있고, 도면의 화살표 방향으로부터 런너부Cr1를 통과하여 유입된 용탕은 통과 면적Sg(게이트 단면적)가 작은 상기 게이트부Cg1에서 성형 캐비티Cw1내로 충전된다. 이 때, 게이트부Cg1에서는 그 통과 면적Sg이 런너부Cr1에 비해 매우 작아지도록 좁혀져 있으므로, 용탕이 통과할 시에는 그 유속이 높아지게 된다.
이 시험2에서는 이 게이트부Cg1을 통과할 때의 용탕 속도(게이트 통과 속도Vg)를 변화시킨 경우의 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 각각 측정했다. 단, 이 용탕 게이트 통과 속도Vg는 예를들면 사출 노즐에서의 용탕 사출 속도 혹은 게이트 단면적Sg 등을 조정함으로써 바꿀 수 있다.
측정 결과는 도12에 도시하는 대로였다. 이 도12의 그래프로부터 잘 알 수 있듯이 성형품의 상대 밀도는 게이트 통과 속도Vg(게이트 속도)가 높아짐에 따라 저하하고, 게이트 속도가 약 150〔m/s〕를 초과하면, 상대 밀도가 90%를 밑돌게 되는 것을 알았다. 이것은 게이트 속도가 높아질 수록, 용탕의 사출 충전시의 상태를 층류에 가까운 상태로 유지하는 것이 곤란해 지기 때문이라고 생각된다.
따라서, 반용융 사출 성형으로 단조용 소재를 성형할 때에는, 용탕의 게이트 통과 속도Vg를 150〔m/s〕이하로 설정함으로써 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전할 수 있고, 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다.
〈시험3〉
다음에 상기 도5에 도시하는 게이트 단면적Sg와 성형 캐비티의(용탕 유입방향에 대해 대략 수직인 방향의) 최대 단면적Sw의 비 Sg/Sw가 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도에 미치는 영향을 조사한 시험3에 대해 설명한다.
이 시험3에서는 고상율이 10%인 경우와 25%인 경우에 대해 각각 상기 비 Sg/Sw의 값을 0.02에서 0.1의 범위에서 변화시켜, 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 측정했다. 단, 이 시험3에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 재료 중 합금B를 재료로 이용했다. 측정 결과는 도13에 도시하는 대로였다.
도13의 그래프에서 잘 알 수 있는 바와같이, 단조용 소재의 상대 밀도는 Sg/Sw가 약 0.06이상인 범위에서는 대략 일정하고, 약 99%의 높은 값을 유지할 수 있다. Sg/Sw가 약 0.06 이하인 범위에서는 이 값이 낮아질수록 상대 밀도도 저하하는데, 측정 범위의 하한인 Sg/Sw=0.02에서도 상대 밀도는 94%이상으로, 건전한 단조 부재를 얻는데 필요한 90%를 충분히 윗돌고 있다.
또한, 고상율이 낮아지면 상대 밀도도 낮아지는데, 도13의 그래프에서 Sg/Sw를 0.02 이상으로 설정해 두면, 고상율이 매우 낮은 경우(특히 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 충분히 얻을 수 있다.
단, 게이트 단면적Sg와 성형 캐비티의(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 최대 단면적Sw의 비 Sg/Sw의 값이 낮아질수록, 얻어지는 성형품의 상대 밀도가 저하되는 것은 이 비의 값이 작아질수록 용탕이 게이트부Cg1로부터 성형 캐비티Cw1내로 흘러들어갈 때에, 흐름이 급격하게 확대되어 층류에 가까운 상태를 유지하는 것이 그만큼 어렵고, 가스가 유입되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.
〈시험4〉
다음에 두께가 두꺼운 성형품(단조용 소재)을 반용융 사출 성형하는 경우에 대해, 게이트 속도가 성형품의 상대 밀도에 미치는 영향을 조사한 시험4에 대해 설명한다.
도6은 본 시험에서 성형하는 성형품(단조용 소재)의 외형형상을 나타내는 사시도이고, 칫수를 표시하는 숫자의 단위는 미리미터(〔mm〕)이다. 단, 이 시험4에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 시료 중 합금C 와 합금D를 재료로 이용했다.
성형품(상세하게는 주조품)의 두께에 대해서는, 예를들면 다이캐스트 주조법의 경우, 통상 두께6〔mm〕정도까지, 사출 성형에서는 시험 제작 레벨이라도 기껏해야 2∼3〔mm〕정도까지가 한도이다. 이에 대해, 상기 도6에 도시하는 바와같이 본 시험에 관한 단조용 소재는 8〔mm〕의 두께를 가지고 있고, 두께가 매우 두껍게 설정되어 있다.
이와같이 두께가 두꺼운 단조용 소재를 반용융 사출 성형으로 성형하는데 있어, 시험2의 경우와 마찬가지로 이 게이트부Cg1를 통과할 때의 용탕 속도(게이트 통과 속도Vg)를 변화시킨 경우의 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 각각 측정했다.
이 시험4에서는 고상율이 23%(합금D)인 경우와 40%(합금C)인 경우에 대해 각각 게이트 속도Vg를 약 25〔m/s〕에서 100〔m/s〕의 범위에서 변화시켜, 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 측정했다. 또한, 게이트 단면적Sg는 성형 캐비티의(용탕 유입방향에 대해 대략 수직 방향의) 최대 단면적Sw의 비 Sg/Sw의 값을 0.2로 설정하고, 또한, 게이트 통과 속도Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적Sg〔mm2〕과 성형 캐비티의 용적Wv〔mm3〕의 관계를 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정하여 측정을 행했다.
측정 결과는 도14에 도시하는 대로였다. 도14의 그래프에서 잘 알 수 있듯이 단조용 소재의 상대 밀도는 게이트 속도Vg가 약 80〔m/s〕이하인 범위에서는 대략 일정하고, 약 99%의 높은 값을 유지할 수 있다. 게이트 속도Vg가 약 80〔m/s〕이상인 범위에서는 이 값이 커질수록 상대 밀도가 저하되는데, 측정 범위의 상한인 Vg=100〔m/s〕에서도 상대 밀도는 94%이상으로, 건전한 단조 부재를 얻는데 필요한 90%는 충분히 윗돌았다.
또한, 고상율이 낮아지면, 상대밀도도 낮아지는데, 도14의 그래프에서 게이트 속도Vg가 100〔m/s〕이상이면, 고상율이 매우 낮은 경우(특히 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 충분히 얻을 수 있다.
따라서, 반용융 사출성형으로 단조용 소재를 성형할 때에는 성형품의 두께가 두꺼운 경우라도, 또한 고상율이 매우 낮은 경우(특히, 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도 용탕의 게이트 통과 속도Vg를 100〔m/s〕이하로 설정함으로써 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있어 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 보다 바람직하게는 용탕의 게이트 통과 속도Vg를 80〔m/s〕이하로 설정함으로써 상대 밀도가 보다 높은 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다.
〈시험5〉
다음에 상기 도6에 도시한 두께가 두꺼운 성형품(단조용 소재)을 반용융 사출 성형하는 경우에 대해 게이트 단면적Sg와 성형 캐비티의(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도에 미치는 영향을 조사한 시험5에 대해 설명한다.
이 시험5에서는 고상율이 23%인 경우에 대해, 상기 비 Sg/Sw의 값을 대략 0.02에서 0.5의 범위에서 변화시켜 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 측정했다. 또한, 이 시험은 게이트 통과 속도Vg를 45〔m/s〕로 설정하여 행했다. 단, 이 시험5에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 시료 중 합금D를 재료로 이용했다. 측정 결과는 도15에 도시하는 대로였다.
도15의 그래프에서 잘 알 수 있듯이, 단조용 소재의 상대밀도는 Sg/Sw가 약 0.1 이상인 범위에서는 대략 일정하게 되고, 약 99%에 가까운 정도의 높은 값을 유지할 수 있다. Sg/Sw가 약 0.1 이하인 범위에서는 이 값이 낮아질수록 상대 밀도가 급격하게 저하한다. 그러나, 측정 범위의 하한인 Sg/Sw=약 0.02에서도 상대 밀도는 93% 이상으로, 건전한 단조 부재를 얻는데 필요한 90%를 윗돌고 있다.
따라서, 게이트 단면적 Sg와(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.1 이상으로 설정함으로써 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있으며, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있게 된다.
〈시험6〉
다음에 상기 도6에 도시한 두께가 두꺼운 성형품(단조용 소재)을 반용융 사출 성형하는 경우에 대해 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적Wv〔mm3〕의 관계가 성형 캐비티내의 용탕의 충전성에 미치는 영향을 조사한 시험6에 대해 설명한다. 단, 이 시험6에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 시료 중 합금C와 합금D를 재료로 이용했다.
이 시험6에서는 고상율이 40%(합금C)인 경우와 52%(합금D)인 경우에 대해 Vg·Sg/Wv의 값을 5∼150의 범위에서 변화시켜 성형을 행하고, 각 성형품의 충전 불량 유무를 각각 조사했다. 또한, 이 시험6은 게이트 단면적Sg와 성형 캐비티의(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw의 값을 0.2로 설정하고, 또한 게이트 통과 속도Vg를 80〔m/s〕이하로 설정하여 행했다. 시험결과는 하기 표2에 표시하는 대로였다.
합금 고상율 Vg·Sg/Wv 충전 불량
C 40 5 유
10 무
30 무
70 무
150 무
D 52 5 유
10 무
30 무
70 무
150 무
※Sg/Sw = 0.2, Vg ≤ 80
표2에서 잘 알 수 있듯이, 고상율 여하에 상관없이 Vg·Sg/Wv의 값이 5인 경우에는 충전 불량이 발생하고, 이 값이 10 이상인 경우에는 충전 불량이 발생하지 않았다.
따라서, 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계를 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정함으로써 두께가 두께운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 충전 불량이 발생할 염려를 없앨 수 있다.
또한, 이 경우에 있어서도 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정함으로써 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내에 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
〈시험7〉
다음에 두께가 두꺼운 성형품(단조용 소재)을 반용융 사출 성형하는 경우에 대해, 성형 형의 온도(형온)가 성형품의 상대 밀도에 미치는 영향을 조사한 시험7에 대해 설명한다.
도7은 이 시험7의 성형품 W3의 평면 설명도이고, 부호Wr3 및 Wf3은 각각 성형 형의 런너부 및 오버 플로우부에 대응하는 부분을 가상하여 나타내고 있다. 단, 도7의 칫수숫자의 단위는 미리미터(〔mm〕)이고, 게이트부의 두께를 2〔mm〕로 하고, 성형품W3의 두께는 10〔mm〕로 했다. 또한 이 시험7에서는 상기 표1에 나타낸 4종류의 합금 시료중 합금 A를 재료로 이용했다.
이 시험7에서는 고상율이 20%인 경우에 대해, 형온을 100℃에서 200℃의 범위에서 변화시켜 성형을 행하고, 각각 얻어진 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 측정했다. 이 측정에 있어서는 성형품W3을 도7에 도시하는 바와같이 평면에서 봐서 15분할하고, 분할된 각 부의 상대밀도를 각각 측정하여 편차의 크기도 조사했다. 측정결과는 도16에 도시하는 대로였다.
도16의 그래프에서 잘 알 수 있듯이, 형온의 설정치가 낮을수록 얻어지는 성형품의 상대밀도가 낮고, 또한 편차도 커진다. 그러나, 형온을 150℃이상으로 유지하여 편차가 하한치인 경우에도 90%이상의 상대 밀도가 얻어지는 것을 알았다.
단, 형온의 상한치에 대해 약 350℃정도 이상으로 설정한 경우에는 과도하게 「버르」가 발생하거나 혹은 성형 형의 형 접합면에서 용탕이 쉽게 새어나오는 등의 문제가 발생하기 쉬운 것이 알려져 있다.
즉, 성형 형의 온도를 150℃이상에서 350℃미만으로 유지하여 성형함으로써 과도하게 「버르」가 발생하거나 혹은 성형 형의 형 접합면에서 용탕이 새어 나오기 쉬운 등의 문제점을 피하고, 두께가 두꺼운 성형품에 대해서도 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다.
〈시험8〉
다음에 단조 공정에서의 단조율이 단조 부재의 상대 밀도에 미치는 영향을 조사한 시험8에 대해 설명한다.
도8∼도10은 본 시험8에서 Mg 합금 단조용 소재를 이용하여 단조 부재의 샘플을 얻는 방법을 모식적으로 나타낸 것이다. 본 시험에서는 도8에 도시하는 바와같이 세로A1×가로B1×길이L1의 직방체 형상의 마그네슘 합금제 단조용 소재M1을 준비하고, 도9에 도시하는 바와같이 이 소재M의 예를들면 가로방향을 한쌍의 고정 플레이트P1으로 끼워 구속하고, 이 상태에서 세로 방향(도9의 지면 방향)으로 압축 하중을 가하여 소성 가공(단조)을 행하여 도10에 도시하는 바와같은 단조 부재의 샘플을 제작했다.
이 결과, 소재M1의 세로방향 칫수는 초기의 A1으로부터 A2로 변화하고(짧아진다), 또한, 길이는 초기의 L1으로부터 L2로 변화한다(길어진다). 이 경우, 이 단조에 의한 단조율은 다음 식 ①로 산출된다.
단조율 = (A1-A2)/A1×100〔%〕…①
단, 본 실시형태에서는 단조용 소재M1의 초기(도8 참조)의 기본 칫수를 예를들면 A1=A2=12〔mm〕, L1=50〔mm〕로 했다. 이와같이 하여 얻어진 단조 부재 샘플을 각각 공시재(供試材)로 하여 상대 밀도를 측정했다.
이 시험8에서는 단조전(단조율이 0%)의 상대 밀도가 90%∼92.5%인 단조용 소재를 단조율 0∼50%의 범위에서 변화시켜 단조 가공을 실시하고, 얻어진 단조품의 상대 밀도를 각각 측정했다. 또한, 이 시험8에서는 상기 표1에 표시한 4종류의 합금 시료 중 합금 A를 재료로 이용했다.
시험 결과는 도17에 도시하는 대로였다. 또한, 단조율이 15% 및 25%인 경우의 단조 부재의 금속 조직의 일예를 도시하는 전자 현미경 사진(배율은 모두 50배)을 도18 및 도19에 각각 도시한다.
도17의 그래프에서 잘 알 수 있듯이, 단조 부재의 상대 밀도는 단조율이 약 25% 이상인 범위에서는 대략 일정하게 되고, 약 99%를 넘는 높은 값을 유지할 수 있다. 단조율이 약 25% 이하인 범위에서는 단조율이 낮아질수록 상대 밀도가 급격하게 저하되고, 또한 최대값/최소값의 편차도 커진다.
즉, 단조율이 25%정도까지인 범위에서는 단조 가공에 의한 소재에 대한 압축력은 소재 내부의 결함을 제거하여 건전화시키는데 소비되며, 내부의 결함을 제거한 다음 소재를 더욱 소성 변화시켜 단조에 의한 강도 향상을 도모하기 위해서는 단조율을 25%이상으로 설정할 필요가 있다.
도18 및 도19의 전자 현미경 사진에서 검은 덩어리 형상 혹은 반점 형상으로 나타나 있는 부분이 결함부인데, 단조율이 25%인 경우에는 단조율이 15%인 경우에 비해 결함이 매우 미세화되어 있는 것을 알 수 있다.
이상에서 단조율을 25% 이상으로 설정함으로써, 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99%이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있다.
이상, 설명한 바와같이 본 실시형태에 의하면, 소재(단조용 소재) 단계에서의 상대 밀도를 90% 이상으로 설정함으로써 이 소재를 이용한 단조 가공에서 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 매우 높은 값으로 안정되게 확보할 수 있다. 또한, 반용융 사출 성형에 있어서는, 성형 형의 게이트 단면적 이나 용탕의 게이트 통과 속도, 나아가서는 성형 캐비티의 용적이나 최대 단면적 등의 모든 요소를 적정하게 설정함으로써, 얻어지는 성형품(단조용 소재)의 상대 밀도를 유효하게 높혀 결함량을 저감시킬 수 있다. 또한, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 단조할 때에는 단조율을 25% 이상으로 설정함으로써 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있다.
단, 이상의 실시형태는 단조용 소재의 성형에 반용융 사출 성형법을 채용한 경우에 대한 것인데, 본 발명은 이러한 경우에 한정되지 않고, 반용융 주조법 혹은 완전 용융 상태의 경금속 용탕을 이용하는 사출 성형법이나 예를들면 다이캐스트법 등의 주조법 등, 다른 종류의 프로세스를 단조용 소재의 성형에 채용한 경우에 대해서도 유효하게 적용시킬 수 있다. 또한, 상기 실시형태는 사출 재료로서 Mg 합금을 이용한 경우에 대한 것인데, 본 발명은 다른 종류의 경금속을 재료로 이용하는 경우에도 유효하게 적용할 수 있다.
이와같이, 본 발명은 이상의 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경 혹은 설계상의 개량 등이 가능한 것은 말할 것도 없다.
본원의 제1 발명에 관한 단조용 소재에 의하면, 반용융 사출 성형법을 이용함에 따른 특유의 작용 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 소재 단계에서의 상대 밀도가 90%이상이므로, 모든 소재를 이용하여 단조 가공을 행함으로써,(소위, 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻는 것이 가능해진다.
또한, 본원의 제2 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제1 발명과 같은 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 일반적으로 단조성이 좋지 않다고 알려진 Mg합금을 재료로 이용한 경우에도 단조 가공에 의해 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있다.
또한, 본원의 제3 발명에 관한 단조용 소재에 의하면, 다이캐스트 주조법의 플랜져 속도 및 사출 성형법의 스크류 속도를 1〔m/s〕이상으로 하였으므로, 제조시의 사이클 타임을 적정하게 유지하고, 이들 프로세스를 채용함에 따른 충분히 높은 생산성을 확보할 수 있게 된다.
이 경우에 소재 단계에서의 상대 밀도가 90%이상이므로, 모든 소재를 이용하여 단조 가공을 행함으로써, (소위, 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 가스 결함 등의 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제4 발명에 관한 단조용 소재의 성형 방법에 의하면, 반용융 사출 성형법을 이용함에 따른 특유의 작용 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 이 반용융 사출 성형으로 단조용 소재를 성형하는데 있어, 용탕 게이트 통과 속도 Vg를 150〔m/s〕이하로 설정하였으므로, 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다. 또한, 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 (용탕 유입 방향에 대해 대략 수직방향의) 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.02 이상으로 설정함으로써, 고상율이 매우 낮은 경우(특히, 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 이와같은 소재 단계에서의 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 이용하여 단조 가공을 행함으로써, (소위 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제5 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제4 발명과 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 100〔m/s〕이하로 설정함으로써, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도, 또한, 고상율이 매우 낮은 경우(특히, 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정한다고 해도 용탕을 보다 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 본원의 제6 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제5 발명과 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정하였으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제7 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제4∼제6 발명중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 상기 게이트 단면적 Sg와 (용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.1 이상으로 설정하였으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제8 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제4∼제7 발명중 어느 하나와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 특히 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정하였으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계를 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정하였으므로, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 충전 불량이 발생할 염려를 없앨 수 있다.
또한, 본원의 제9 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제4∼제8 발명중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히 성형 형의 온도를 150℃이상에서 350℃ 미만으로 유지하여 성형하도록 하였으므로, 과도하게 「버르」가 발생하거나 혹은 성형 형의 형 접합면으로부터 용탕이 쉽게 새는 등의 문제점을 피하고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 본원의 제10 발명에 관한 단조용 소재의 성형 장치에 의하면, 반용융 사출 성형법을 이용함에 따른 특유의 작용 효과를 얻을 수 있음과 동시에, 이 반용융 사출 성형에 의한 단조용 소재의 성형에 있어서, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 150〔m/s〕이하로 설정되어 있으므로, 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 안정되게 얻을 수 있다. 또한 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.02 이상으로 설정되어 있으므로, 고상율이 매우 낮은 경우(특히 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정해도 용탕을 비교적 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 얻을 수 있게 된다.
그리고, 이와같은 소재 단계에서의 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 이용하여 단조 가공을 행함으로써,(소위 비폐색 단조라도) 얻어지는 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제11 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제10 발명과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 100〔m/s〕이하로 설정되어 있으므로, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도, 또한 고상율이 매우 낮은 경우(특히, 고상율이 0%인 완전 용융 상태)를 상정한다고 해도 용탕을 보다 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 본원의 제12 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제11발명과 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정되어 있으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제13 발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제10∼제12발명 중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 상기 게이트 단면적 Sg와(용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의) 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.1 이상으로 설정되어 있으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 또한, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있게 된다.
또한, 본원의 제14발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제10∼제13 발명중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정되어 있으므로, 용탕을 더욱 층류에 가까운 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시킬 수 있고, 상대 밀도가 90% 이상인 단조용 소재를 한층 안정되게 얻을 수 있으며, 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우라도 결함량을 유효하게 억제하여 상대 밀도가 90% 이상인 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계가 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정되어 있으므로, 두께가 두꺼운 단조용 소재를 성형하는 경우에도 충전 불량이 발생할 염려를 없앨 수 있다.
또한, 본원의 제15발명에 의하면, 기본적으로는 상기 제10∼제14 발명 중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있다. 특히, 성형 형의 온도가 150℃ 이상에서 350℃ 미만으로 유지되어 있으므로, 과도하게 「버르」가 발생하거나 혹은 성형 형의 형 접합면에서 용탕이 새기 쉬워지는 등의 문제점을 피하고, 상대 밀도가 90%이상인 단조용 소재를 보다 안정되게 얻을 수 있다.
또한, 본원의 제16 발명에 관한 단조 부재의 제조 방법에 의하면, 제4∼제9 발명 중 어느 하나에 관한 성형 방법에 의해 성형된 단조용 소재를 25% 이상의 단조율로 단조할 수 있도록 하였으므로, 단조용 소재에 대해 상기 제4∼제9 발명 중 어느 하나와 동일한 효과를 발휘할 수 있고, 또한, 얻어진 단조 부재의 상대 밀도를 실용상 바람직한 높은 값(예를들면 99% 이상)으로 안정되게 유지할 수 있다. 즉, 소재 성형시에 발생한 소재 내부의 결함을 유효하게 제거하여 건전한 단조 부재를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 경금속제의 단조부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 제공되는 단조용 소재에 있어서,
    경금속 용탕을 반용융 상태에서 성형 캐비티내로 사출 충전시키는 반용융 사출 성형법으로 성형되며, 상대밀도가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 단조용 소재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경금속 용탕으로서 마그네슘 합금의 용탕을 이용하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재.
  3. 경금속제의 단조부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 제공되는 단조용 소재에 있어서,
    플랜져 속도가 1〔m/s〕이상인 다이캐스트 주조법 또는 스크류 속도가 1〔m/s〕이상인 사출 성형법으로 제조되며, 상대 밀도가 90% 이상인 것을 특징으로 하는 단조용 소재.
  4. 경금속제의 단조 부재를 얻기 위한 단조 가공에 소재로서 제공되는 단조용 소재를 성형하는데 있어, 경금속 용탕을 반용융 상태에서 성형 형의 성형 캐비티내로 사출 충전시키는 반용융 사출 성형법으로 성형하는 단조용 소재의 성형방법에 있어서,
    게이트 단면적 Sg와, 용탕 유입 방향에 대해 대략 수직인 방향의 상기 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.02 이상으로 설정함과 동시에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 150〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 100〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정하여 성형하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw를 0.1이상으로 설정하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  8. 제4항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg를 80〔m/s〕이하로 설정함과 동시에, 상기 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계를 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  9. 제4항에 있어서, 성형 형의 온도를 150℃ 이상에서 350℃미만으로 유지하여 성형하는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형방법.
  10. 경금속 용탕을 반용융 상태에서 사출 노즐로부터 성형 형의 성형 캐비티내로 사출 충전하여 경금속제의 단조용 소재를 얻는 성형장치에 있어서,
    게이트 단면적 Sg와 용탕 유입방향에 대해 대략 수직인 방향의 상기 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.02 이상으로 설정됨과 동시에, 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 150〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 100〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 게이트 단면적 Sg와 성형 캐비티의 최대 단면적 Sw의 비 Sg/Sw가 0.1이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  14. 제10항에 있어서, 상기 용탕의 게이트 통과 속도 Vg가 80〔m/s〕이하로 설정됨과 동시에, 상기 게이트 통과 속도 Vg〔mm/s〕와 게이트 단면적 Sg〔mm2〕와 성형 캐비티의 용적 Wv〔mm3〕의 관계가 Vg·Sg/Wv≥10으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  15. 제10항에 있어서, 성형 형의 온도가 150℃이상에서 350℃미만으로 유지되는 것을 특징으로 하는 단조용 소재의 성형장치.
  16. 상기 제4항 내지 제9항중 어느 한 항에 기재된 성형방법에 의해 성형된 단조용 소재를 25%이상의 단조율로 단조하는 것을 특징으로 하는 단조부재의 제조방법.
KR1020000009750A 1999-03-31 2000-02-28 단조용 소재 및 그 성형방법, 성형장치 및 상기 소재를이용한 단조부재의 제조방법 KR20000062659A (ko)

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