KR20060031201A - Ultrasonic casting device - Google Patents
Ultrasonic casting device Download PDFInfo
- Publication number
- KR20060031201A KR20060031201A KR1020040080120A KR20040080120A KR20060031201A KR 20060031201 A KR20060031201 A KR 20060031201A KR 1020040080120 A KR1020040080120 A KR 1020040080120A KR 20040080120 A KR20040080120 A KR 20040080120A KR 20060031201 A KR20060031201 A KR 20060031201A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- ultrasonic
- casting
- waveguide
- mold
- metal
- Prior art date
Links
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims abstract description 67
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 5
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 3
- 229910017061 Fe Co Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 claims 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract description 7
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910018594 Si-Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008465 Si—Cu Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910021652 non-ferrous alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 230000010356 wave oscillation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/08—Shaking, vibrating, or turning of moulds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/114—Treating the molten metal by using agitating or vibrating means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
- B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
- B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
- B22D11/186—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by using electric, magnetic, sonic or ultrasonic means
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/10—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing cobalt
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
- F16B35/00—Screw-bolts; Stay-bolts; Screw-threaded studs; Screws; Set screws
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
본 발명은 상기와 같은 종래의 몰드 주조공정중 초음파 에너지 전달이 몰드 주조공정중 초음파 에너지 전달이 몰드에서 감쇄되지 않고 주조품내로 전달되게 함에 있어서 자유롭고 높은 주변온도 조건에서도 효과적으로 실시 될 수 있는 초음파 에너지 전달 방법을 개량하고 융융금속과 접촉하거나 침적되는 도파봉의 표면에 적절한 표면처리를 실시하여 융융금속과의 젖음성을 최소화하여 응고쉘이 도파봉 표면에 형성됨을 방지하고, 또한 고온용 초음파 발진자의 작동온도를 향상함으로서 주조공정중 유효온도한계를 향상시키고 효과적인 초음파 진동에너지를 주조품에 전달하여 주조품 상태에서 미세화 되고 균일한 조직을 얻는 방법을 제공 하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention is an ultrasonic energy transfer method that can be effectively carried out even at high ambient temperature conditions in the ultrasonic energy transfer in the conventional mold casting process as described above so that ultrasonic energy transfer during the mold casting process is not attenuated in the mold and transferred into the casting. And surface treatment of the waveguide rod in contact with or deposited with the molten metal to minimize wettability with the molten metal to prevent the solidification shell from forming on the waveguide rod surface and to improve the operating temperature of the high temperature ultrasonic oscillator. The purpose of the present invention is to provide a method for improving the effective temperature limit during the casting process and transferring effective ultrasonic vibration energy to the casting to obtain a fine and uniform structure in the casting state.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 금속계 자왜소자로 된 초음파 발진자와 초음파 발진자에서 발생되는 초음파를 전달하는 비자성 금속계 소재로 된 도파봉으로 구성된 초음파 주조 장치를 제공한다.The present invention provides an ultrasonic casting device composed of an ultrasonic oscillator made of a metal magnetostrictive element and a waveguide made of a nonmagnetic metal based material for delivering ultrasonic waves generated from the ultrasonic oscillator.
Description
제1도 : 도가니 몰드 초음파 주조공정 조건변화에 따른 주조품 중심부 미세조직비교 사진,1: Microstructure comparison photo of casted part according to the condition change of crucible mold ultrasonic casting process
제2도 : 도가니 주조공정 초음파 주조시스템의 개략도,2: Schematic diagram of the crucible casting process ultrasonic casting system,
제3도 : 금속몰드 주조공정 초음파 주조시스템의 개략도이다.3 is a schematic diagram of an ultrasonic casting system for a metal mold casting process.
* 도면 부호의 설명 *Explanation of Reference Numbers
1. 금속계 초음파 발진소자 2. 도파봉1. Ultrasonic wave oscillation device of
3. 도가니 4. 용탕3. Crucible 4. Melt
11. 도파봉 12. 금속계 초음파 발진기11. Waveguide 12. Metal-based ultrasonic oscillator
13. 주입구/압탕 14. 금속몰드13. Inlet /
15. 벤트 홀(Vent Hole) 16. 캐비티(Cavity)15. Vent Hole 16. Cavity
본 발명은 주조품을 주조하는 금형몰드 주조공정에 있어서 응고 과정중 주조품에 초음파를 조사함으로서 응고되는 주조품의 조직을 미세화하고 균질화 하여 일반적인 주조방법으로 제조되는 주조품의 물성을 향상시키는 공정에 관한 것으로서 보다 자세하게는 몰드를 이용하여 용융금속을 응고시키고 일정한 형상으로 주조하는 공정에 있어서 몰드내에 채워지는 용용금속이 응고 될 때 몰드를 통하여 몰드내면과 접촉되어 있는 주조품으로 초음파를 조사하거나 압탕 또는 주조품의 일부 면과 직접 접촉하여 초음파를 조사함으로서 주조품 내부에 응고되며 형성되는 조직을 제어하여 개선하는 공정에 대한 발명이다. 몰드에 채워지는 용융금속은 몰드와 접촉하면서 냉각되고 접촉되는 표면으로부터 응고가 진행되며 열전달이 빠른 방향의 역방으로 결정이 성장하며 응고 조직이 형성된다. 이러한 과정중 몰드내에 용융금속이 전체적으로 동시에 냉각되지 않는다면 몰드내 주조품의 응고조직은 표면과 중심부 그리고 상하 좌우 위치에 따라서 서로 다른 불균일한 조직을 형성하게 되어 있다. 또한 이러한 과정중에서 합금성분이 복잡하고 성분들간 고용도 차이가 큰 합금의 경우 주조품 내부 위치에 따라 성분편차를 나타내는 결과로 편석을 발생시키는 것이 일반적인 현상이다. 이러한 이유로 인하여 대부분의 금속을 주조하였을 때 주조품의 상태에서는 미세조직이 조대하며 불균일하고 내부에 편석을 가지고 있어 기공되어 균질화 된 같은 조성의 소재에 비하여 기계적 특성 및 내식성이 현저히 낮게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서 대부분의 주조품은 주조제품에 주조조직을 균질화 하고 내부편석을 완화시키기 위해서 장시간 균질화 열처리를 행하고 가공하거나 후 가공하여 사용하는 것이다. 그러나 주조품 중에는 다이캐스트 주조품과 같이 불가피하게 이러한 일반적인 균질화 처리 및 열간가공을 피하고 주조품을 직접 사용하는 경우가 있어서 주조품상태의 조직미세화 및 균일화를 달성할 수 있는 물리적 에너지를 이용하여 노력이 다양하게 시도되고 있다.The present invention relates to a process for improving the physical properties of a cast product manufactured by a general casting method by miniaturizing and homogenizing the structure of the cast product to be solidified by irradiating the ultrasonic wave to the cast product during the solidification process in the casting process of casting a cast product. In the process of solidifying molten metal using a mold and casting it into a certain shape, when the molten metal filled in the mold solidifies, the ultrasonic wave is irradiated to the casting which is in contact with the mold inner surface through the mold, or The present invention relates to a process of controlling and improving the structure of the solidified and formed inside the casting by irradiating the ultrasonic wave in direct contact. The molten metal filled in the mold solidifies from the surface to be cooled and in contact with the mold, and crystals grow in the reverse direction of heat transfer and solidification tissue is formed. If the molten metal in the mold is not cooled at the same time during the process, the solidification structure of the cast product in the mold is to form a different non-uniform structure according to the surface, the center and the top, bottom, left and right positions. In addition, in this process, it is common to produce segregation in the case of an alloy having a complicated alloy component and a large difference in solid solubility between components, resulting in component deviation depending on the position of the casting. For this reason, when most metals are cast, the state of the cast product is coarse, uneven and has segregation therein, resulting in significantly lower mechanical properties and corrosion resistance than materials of the same composition which are pore and homogenized. In order to solve this problem, most casting products are used after homogeneous heat treatment for a long time, processed or post-processed in order to homogenize the cast structure and alleviate internal segregation in the cast product. However, in castings, inevitably, such as die-cast castings, such general homogenization treatment and hot processing are inevitably avoided, and the castings are directly used, and various efforts are made using physical energy to achieve the organizational fineness and uniformity of the casting state. have.
주조조직을 미세화하고 균질화 하는 방법에는 일반적으로 학술문헌이나 기술자료에서 공개된 바와 같이 첫째로 미량의 합금원소 첨가에 의하여 결정립의 성장을 억제하거나 핵생성을 동시 다발적으로 촉진하여 결정립을 미세화 시키는 방법과 둘째로 응고중에 용강을 교반하여 주상정의 성장을 억제하고 성장된 주상정을 파괴하여 등축정 조직을 형성하도록 유도하는 방법이 있다. 세번째로 주조된 제품을 균질화 처리와 소성가공을 하고 재결정화 열처리를 함으로서 주조품 내부의 조직을 미세화하거나 균질화하는 방법으로 해결하고 있다. 한편 본 발명과 구체적으로 유사한 방법이라 할 수 있는 초음파 에너지를 이용한 주조조직 미세화 및 균질화 방법에 대한 발명으로 특개평 5-329613에서는 다이캐스트 주조공정중 주형내 충전되고 응고하는 과정에서 금속의 결정을 균일화하는 것과 동시에 잔류응력을 완화시키고, 내부에 생기는 기포발생을 억제하고 금형과의 밀착력을 향상시키고 주조품의 품질을 향상시키는 방법을 제공하고 있다. 또 다른 공지기술로 특개평 7-278692에서는 다량의 Si를 함유한 Al-Si합금을 금형 주조하는 공정에서 초음파 진동을 부여하여 조대한 침상 Si초정 입자를 미세화 하는 방법을 제공하고 있다.As a method of refining and homogenizing the cast structure, as disclosed in the academic literature or technical data, first, a method of refining grains by suppressing the growth of grains by promoting the addition of a small amount of alloying elements or promoting the nucleation at the same time. Second, there is a method of inhibiting the growth of columnar tablets by agitating molten steel during solidification and destroying the columnar tablets to form an equiaxed crystal structure. Thirdly, the casted product is homogenized, plasticized, and recrystallized and heat treated, thereby refining or homogenizing the internal structure of the cast product. Meanwhile, the invention relates to a method for refining and homogenizing a casting structure using ultrasonic energy, which is a method similar to that of the present invention. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-329613, homogenizing crystals of metal during filling and solidifying in a mold during die casting. At the same time, it provides a method of reducing residual stress, suppressing bubble generation inside, improving adhesion to a mold, and improving the quality of a cast product. In another known technique, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-278692 provides a method for miniaturizing coarse acicular Si primary particles by applying ultrasonic vibration in a process of casting a Al-Si alloy containing a large amount of Si.
이들 방법들 중 종래의 미량의 합금원소 첨가 및 전자기 교반 등의 방법은 궁극적으로 주조품 상태에서의 내부품질을 개선하기 위한 방법으로 적용효과에 있어서 다소의 개선효과를 볼 수 있으나, 성분원소 편석방지 조직미세화 및 균질화 효과에 있어서 개선의 여지가 존재하므로 특개평 5-329613 또는 특개평 7-278692과 같은 방법이 제공되어 병행하여 실시되고 있는 것이다. 그러나 특개평 5- 329613 의 방법을 주조공정중에 실시하는 과정에서 초음파의 근본 특성상 물질의 밀도가 다른 매질을 통과할 때 초음파 에너지가 밀도가 다른 경계부에서 방사되어 최종 목적지 까지 전달되기가 곤란하다. 한편 이와 같은 주형을 통한 초음파 전달에 문제점을 극복하기 위해 초음파의 도파봉을 용융금속의 표면에 일정깊이로 침적하여 초음파 에너지를 전파하는 방법인 특개평 7-278692방법을 실시할 때 용융금속으로 부터의 빠른 열전달로 인하여 도파봉이 가열되고 에너지 전달에 효율를 저하시키게 된다. 보다 더 유해하게는 초음파 발진자를 압전 세라믹계를 사용할 경우 용융금속 및 주조공정중 전달되는 열에 의하여 발진자가 약 100℃이상으로 가열 될 경우 초음파 발진 기능을 할 수 없는 상태에 도달 할 수 있다. 이에 따른 초음파 발진자의 강력한 냉각 방법 및 열전달을 방지할 수 있는 추가적이 대책이 필요한 것이다. 또한 초음파 진동에너지를 용융금속에 전달하는 도파봉 끝단이 용융금속에 침적되거나 접촉할 경우 표면에 응고 쉘(Shell)이 형성되며 성장할 수 있다. 초음파의 전달에너지는 도파봉과의 공진 주파수에서 최대의 에너지 전달효율을 나타내고 공진주파수는 도파봉의 단면적 및 길이 비에 따라 변하게 되므로 도파봉 끝단의 응고 쉘(Shell) 형성은 결과적으로 최적의 공진 주파수로부터 이탈하는 요인을 제공하므로 유효한 적용으로는 적합하지 않다. Among these methods, the conventional methods such as addition of a trace amount of alloying elements and electromagnetic stirring are ultimately used to improve the internal quality in the casting state, but some improvement effects can be seen in application effects. Since there is room for improvement in the miniaturization and homogenization effect, a method such as Japanese Patent Application Laid-open No. 5-329613 or Japanese Patent Application Laid-open No. 7-278692 is provided and carried out in parallel. However, due to the fundamental characteristics of ultrasonic waves during the casting process, it is difficult for ultrasonic energy to radiate from the boundary of different densities and to be delivered to the final destination. On the other hand, in order to overcome the problem of the ultrasonic transfer through the mold, the waveguide rod of ultrasonic wave is deposited on the surface of the molten metal to a certain depth to spread the ultrasonic energy. The fast heat transfer of the waveguide causes heating of the waveguide and decreases the efficiency of energy transfer. Even more harmfully, when using the piezoelectric ceramic system, the ultrasonic oscillator may reach a state in which the ultrasonic oscillation function cannot be performed when the oscillator is heated to about 100 ° C. or more by the heat transferred during the molten metal and the casting process. Accordingly, there is a need for a powerful cooling method of the ultrasonic oscillator and additional measures to prevent heat transfer. In addition, when the tip of the waveguide that transmits the ultrasonic vibration energy to the molten metal is deposited or contacts with the molten metal, a solidified shell may be formed and grown on the surface. Ultrasonic wave energy exhibits the maximum energy transfer efficiency at the resonant frequency with the waveguide, and the resonant frequency is changed according to the cross-sectional area and the length ratio of the waveguide rod. As a result, solidification shell formation at the tip of the waveguide is deviated from the optimum resonance frequency. It is not suitable for effective applications.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 몰드 주조공정중 초음파 에너지 전달이 몰드 주조공정중 초음파 에너지 전달이 몰드에서 감쇄되지 않고 주조품내로 전달되게 함에 있어서 자유롭고 높은 주변온도 조건에서도 효과적으로 실시 될 수 있는 초음파 에너지 전달 방법을 개량하고 융융금속과 접촉하거나 침적되는 도파봉의 표면에 적절한 표면처리를 실시하여 융융금속과의 젖음성을 최소화하여 응고쉘이 도파봉 표면에 형성됨을 방지하고, 또한 고온용 초음파 발진자의 작동온도를 향상함으로서 주조공정중 유효온도한계를 향상시키고 효과적인 초음파 진동에너지를 주조품에 전달하여 주조품 상태에서 미세화 되고 균일한 조직을 얻는 방법을 제공 하고자 하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is the ultrasonic energy transfer in the conventional mold casting process as described above, so that ultrasonic energy transfer during the mold casting process is transferred to the casting without being attenuated in the mold, ultrasonic energy that can be effectively carried out even at high ambient temperature conditions. Improving the transfer method and applying appropriate surface treatment to the surface of the waveguide rod in contact with or deposited with the molten metal to minimize wettability with the molten metal to prevent the solidification shell from forming on the surface of the waveguide rod. The purpose of the present invention is to improve the effective temperature limit during the casting process and to deliver effective ultrasonic vibration energy to the casting to provide a method for obtaining a fine and uniform structure in the casting state.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 금속계 자왜소자로 된 초음파 발진자와 초음파 발진자에서 발생되는 초음파를 전달하는 비자성 금속계 소재로 된 도파봉으로 구성된 초음파 주조 장치를 제공한다.The present invention provides an ultrasonic casting device composed of an ultrasonic oscillator made of a metal magnetostrictive element and a waveguide made of a nonmagnetic metal based material for delivering ultrasonic waves generated from the ultrasonic oscillator.
상기 금속계 자왜소자는 Fe-Co계, Fe-Al계, Ni계 합금중 어느 하나이고,The metal magnetostrictive element is any one of a Fe-Co-based, Fe-Al-based, Ni-based alloy,
상기 비자성 금속계 소재는 오스테나이트계 스텐레스강 이고,The nonmagnetic metal material is austenitic stainless steel,
상기 도파봉은 끝단 형상이 구형이고 용탕과의 비접착성 또는 열차단성을 높이기 위하여 카본코팅 또는 BN 코팅이 되어 있어 용탕침적용으로 사용되는 것과, 금속주형 표면과 나사 체결될 수 있도록 끝단부가 볼트 가공 처리 되어 금속주형 몰드용으로 사용되는 것을 특징으로 한다.The waveguide is spherical in shape and has a carbon coating or BN coating in order to improve non-adhesion or thermal barrier property with the molten metal, which is used for melt deposition, and the end is bolted to be screwed into the metal mold surface. It is characterized in that it is used for the metal mold mold.
본 발명에서는 도 1과 같이 상기와 같은 종래의 초음파 에너지를 이용한 주조미세화 방법의 실시과정에서 나타나는 문제점을 해결하기 위하여 첫째로 초음파 발진자는 세라믹계열 또는 산화물계열의 소재를 사용하지 않고 금속계 소재 즉 Fe-Co계, Fe-Al계, Ni계 합금을 사용하여 주조공정 주변 환경으로 부터 고열에 의하여 발진소자가 가열되어 200℃이상이 되어도 성능의 열화가 미약하도록 한다. 그리고 초음파 발진자에서 발생된 초음파를 전달하는 도파봉의 재질은 밀도가 높은 재질이 효과적이며 초음파 발진자와 밀도가 유사한 재질이면서 오스테나이트계 스텐레스 강과 같은 비자성 금속, 내열, 내식성 및 기계적 강도가 우수한 소재로 선택하며 소재의 종류는 특별하게 지정하지 않는다. 몰드를 통하여 초음파 에너지를 주조품으로 전달하고자 할때는 가능한 몰드표면과 도파봉 끝단면을 강한 압력으로 밀착시키거나 표면에 접합시키는 방법이 있으나 접합 하는 것이 에너지 전달측면에서 안정적이고 효과적인 방법이다. 보다 더 발전적인 방법으로 도파봉 끝단표면에는 볼트(Bolt)모양으로 가공하고 몰드표면은 너트(Nut)로 가공하여 탈착이 용이하도록 체결할 수 있게 하는 것이 좋다. 이때의 나사 홈의 깊이는 몰드 두께에 따라서 도파봉의 끝이 최대로 체결되었을 때 몰드내벽을 관통하기 직전인 여유두께로 체결력에 의한 변형에 충분한 강도를 유지할 만큼의 깊이 까지 가공하여 주조품 근접하게 전파하는 것이 효과적이므로 특별히 몰드 벽의 두께범위는 제한하지 않는다. 한편 도파봉을 용융금속표면에 접촉시키거나 침적하여 주조품 내부에 직접적으로 초음파 에너지를 전달하여 적용할 때 도파봉의 끝단 모양은 평면인 것 보다 도파봉의 끝단 직경과 같도록 구형이 되도록 하여 적용하는 것이 주조품 내부로 초음파 에너지를 균일하고 효과적으로 전달하는데 유효하다. 그리고 도파봉과 용융금속이 접촉하는 부분은 용융금속과 도파봉표면의 융착이나 응고쉘(shell)의 형성을 방지하는 동시에 용융금속의 고열이 도파봉을 통하여 초음파 발진까지 전달되어 온도가 상승하여 성능에 변화를 일으키는 것을 방지하기 위한 단열목적으로 적당한 표면 코팅이 효 과적이다. 용융금속이 Al합금, Mg합금, Zn 합금과 같이 비철 함금인 경우에는 카본(Carbon)코팅이 효과적이며 주조되는 금속이 Fe합금, Ni합금, Cu계 합금에는 BN코팅이 효과적 이다. 이때 코팅의 종류와 두께는 범위를 설정하지 않으며 위와 같은 용융금속과의 젖음성을 낮추고 단열효과를 부여하는 목적이면 유효한 것으로 한다. In the present invention, in order to solve the problems appearing in the implementation process of the conventional casting microfabrication method using the ultrasonic energy as shown in FIG. 1, the ultrasonic oscillator does not use a ceramic-based or oxide-based material, but a metal-based material, that is, Fe— The Co, Fe-Al, and Ni alloys are used so that the deterioration of the performance is low even when the oscillation element is heated up to 200 ° C. by high heat from the surrounding environment of the casting process. The material of the waveguide that transmits the ultrasonic wave generated from the ultrasonic oscillator is selected as the material having high density and the density similar to that of the ultrasonic wave oscillator and the nonmagnetic metal such as austenitic stainless steel, and excellent in heat resistance, corrosion resistance and mechanical strength. The type of material is not specially designated. When the ultrasonic energy is to be transferred to the casting through the mold, there is a method in which the mold surface and the end of the waveguide rod are pressed or adhered to the surface with high pressure, but the bonding is a stable and effective method in terms of energy transfer. In a more advanced way, the end surface of the waveguide rod may be processed in a bolt shape and the mold surface may be processed in a nut to be easily detachable. At this time, the depth of the screw groove should be processed to the depth enough to maintain the strength sufficient to be deformed by the clamping force and propagate close to the casting when the tip of the waveguide is fastened to the maximum according to the mold thickness. Since it is effective, the thickness range of the mold wall is not particularly limited. On the other hand, when the waveguide is contacted or deposited on the surface of the molten metal to apply ultrasonic energy directly to the inside of the casting, the end shape of the waveguide is applied so that the end shape of the waveguide is spherical so as to be the same as the end diameter of the waveguide rather than being flat. It is effective to deliver ultrasonic energy uniformly and effectively inside. In addition, the part where the waveguide and molten metal contact each other prevents fusion of the molten metal and the waveguide surface or the formation of a solidified shell, and at the same time, the high temperature of the molten metal is transmitted to the ultrasonic wave through the waveguide to increase the temperature, thereby improving performance. Suitable surface coatings are effective for insulation purposes to prevent changes. Carbon coating is effective when molten metal is non-ferrous alloy such as Al alloy, Mg alloy and Zn alloy, and BN coating is effective on Fe alloy, Ni alloy and Cu alloy. At this time, the type and thickness of the coating is not set within the range and is effective if the purpose of lowering the wettability with the molten metal as described above and giving an insulation effect.
[실시예 1.]Example 1.
이하 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.
용융금속으로 Al-Si합금 및 Al-Si-Cu 합금을 준비하여 각각을 3kg/ch 용량으로 알루미나 도가니에 주조하는 공정과 SKD61재질로 제작된 금형에 주조하는 공정에 용융금속의 온도를 약 650~660℃ 범위에서 주입하고 초음파의 적용조건에 따른 효과를 비교하였다. 도가니 주조공정에서는 용융금속의 표면으로 오스테나이트계 스텐레스로 제작된 도파봉을 접촉하여 초음파를 공급하고 금형주조품의 경우에는 금형외면에 도파봉을 밀착시켜 25KHz초음파를 0.25~4.0W/㎠ 출력밀도로 적용하여 주조하였다. 이때에 도파봉 끝의 모양변화에 그리고 표면에 약 0.1~0.3mm 두께의 BN계 또는 C계 스프레이코팅(spray coating) 적용여부에 따른 효과를 정성적으로 비교 평가하여 얻은 결과를 표1에 나타내었다. 표에 나타낸 결과는 초음파 발진자는 금속계 자왜소자를 사용하고 용융금속에 도파봉 팁의 침적 깊이는 약 15mm로 하고 금속몰드 표면 접촉은 기계적인 밀착조건을 적용하였으며 초음파 출력조건을 0.25W/㎠ 조건으로 하고 코팅두께는 각각 0.1mm로 실시한 경우이다.Al-Si alloys and Al-Si-Cu alloys are prepared as molten metals, each of which is cast into an alumina crucible at a capacity of 3 kg / ch and a casting of a mold made of SKD61 material. Injected at 660 ℃ range and compared the effect of the ultrasonic application conditions. In the crucible casting process, ultrasonic wave is supplied by contacting the waveguide rod made of austenitic stainless steel to the surface of molten metal, and in the case of mold casting, the waveguide sticks to the outer surface of the mold to produce 25KHz ultrasonic wave at 0.25 ~ 4.0W / ㎠ Applied and cast. The results obtained by qualitatively comparing and evaluating the effect of the waveguide tip shape and the application of BN- or C-based spray coating with a thickness of about 0.1 to 0.3 mm on the surface are shown in Table 1. . The results shown in the table show that the ultrasonic oscillator uses a metal magnetostrictive element, the deposition depth of the waveguide tip is about 15 mm on the molten metal, and the mechanical contact is applied to the surface of the metal mold. The ultrasonic output condition is 0.25 W / ㎠ The coating thickness is 0.1 mm each.
표1에 따르면 도가니 주조공정중에 도파봉 모양을 구형으로 하고 표면코팅을 처리한 것이 그렇지 않은 것보다 주조품 중심부의 경도가 우수한 것으로 나타났고, 금속몰드 주조공정에서는 도파봉 모양과 표면코팅에 따른 우수성이 나타나지 않고 있다.According to Table 1, the hardness of the center of casting is higher than that of spherical waveguide shape and surface coating in the crucible casting process, and the superiority of waveguide shape and surface coating in the metal mold casting process It is not appearing.
표1. Al-9Si-2.Cu 합금주조공정에 초음파 적용조건에 따른 효과비교Table 1. Comparison of Effects of Ultrasonic Application Conditions on Al-9Si-2.Cu Alloy Casting Process
초음파 주조효과가 미약한 도가니 주조공정에서 평면 도파봉을 용탕표면에 침적하여 적용한 경우의 주조품 중심부 조직과 역시 도가니 주조공정에서 구형의 도파봉을 사용하고 BN계 코팅조건을 적용한 공정조건에서 얻어진 주조품의 중심부 조직을 대표적으로 비교한 사진이 도1에 제시되어 있다.In the crucible casting process, which has a weak ultrasonic casting effect, when the flat waveguide rod is deposited on the molten surface, the center part of the casting is used, and the casting product obtained under the process conditions using the spherical waveguide rod and BN coating conditions in the crucible casting process. Representative comparisons of central tissues are shown in FIG. 1.
상술한 바와 같이, 도가니 주조공정 및 금속몰드 주조공정에서 초음파를 적용하여 주조품 내부의 미세조직을 제어하는 방법에 있어서 초음파 발진소자로 금속계 자왜소자를 사용하고 용탕에 침적되는 도파봉의 끝의 형상을 구형으로 가공하고 용탕의 젖음성을 낮추고 열차단 효과를 얻을 수 있는 코팅을 적용함으로서 보다 효과적으로 초음파 적용에 따른 주조조직을 개량하는 방법을 제공하는 것이다.As described above, in the method of controlling the microstructure in the casting by applying ultrasonic waves in the crucible casting process and the metal mold casting process, the shape of the tip of the waveguide rod deposited on the molten metal is used as an ultrasonic oscillation element. It is to provide a method for more effectively improving the casting structure according to the ultrasonic application by applying a coating that can be processed to reduce the wettability of the melt and obtain a thermal barrier effect.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040080120A KR100593677B1 (en) | 2004-10-07 | 2004-10-07 | Ultrasonic casting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040080120A KR100593677B1 (en) | 2004-10-07 | 2004-10-07 | Ultrasonic casting device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20060031201A true KR20060031201A (en) | 2006-04-12 |
| KR100593677B1 KR100593677B1 (en) | 2006-06-30 |
Family
ID=37141006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040080120A KR100593677B1 (en) | 2004-10-07 | 2004-10-07 | Ultrasonic casting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100593677B1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109570444A (en) * | 2018-09-30 | 2019-04-05 | 鹰普航空零部件（无锡）有限公司 | A kind of manufacturing process of complex-shaped surface mould stainless cast steel part |
| CN109692941A (en) * | 2019-02-28 | 2019-04-30 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Improve the device and method of bottom casting molding ingot quality using ultrasonic wave |
| CN113649465A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-16 | 深圳大学 | Contrast micro-forming device for observing ultrasonic effect and forming method |
| CN114309476A (en) * | 2021-07-29 | 2022-04-12 | 齐鲁工业大学 | Method and device for ultrasonic-assisted casting of metal mold |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140744A (en) | 1986-12-02 | 1988-06-13 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Continuous casting method |
| KR100368277B1 (en) * | 1998-12-18 | 2003-03-17 | 주식회사 포스코 | Device for preventing the skull on edge dam in twin roll type strip |
-
2004
- 2004-10-07 KR KR1020040080120A patent/KR100593677B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109570444A (en) * | 2018-09-30 | 2019-04-05 | 鹰普航空零部件（无锡）有限公司 | A kind of manufacturing process of complex-shaped surface mould stainless cast steel part |
| CN109692941A (en) * | 2019-02-28 | 2019-04-30 | 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 | Improve the device and method of bottom casting molding ingot quality using ultrasonic wave |
| CN114309476A (en) * | 2021-07-29 | 2022-04-12 | 齐鲁工业大学 | Method and device for ultrasonic-assisted casting of metal mold |
| CN114309476B (en) * | 2021-07-29 | 2024-01-26 | 齐鲁工业大学 | Ultrasonic auxiliary casting method and device for metal casting mold |
| CN113649465A (en) * | 2021-07-30 | 2021-11-16 | 深圳大学 | Contrast micro-forming device for observing ultrasonic effect and forming method |
| CN113649465B (en) * | 2021-07-30 | 2023-08-22 | 深圳大学 | A Method for Observing Ultrasonic Effects Using a Contrasting Microformed Device for Observing Ultrasonic Effects |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100593677B1 (en) | 2006-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lan et al. | Anisotropy study of the microstructure and properties of AlCoCrFeNi2. 1 eutectic high entropy alloy additively manufactured by selective laser melting | |
| US8992705B2 (en) | Microcrystalline alloy, method for production of the same, apparatus for production of the same, and method for production of casting of the same | |
| Ning et al. | Microstructures and mechanical properties of Fe-Cr stainless steel parts fabricated by ultrasonic vibration-assisted laser engineered net shaping process | |
| JP4836244B2 (en) | Casting method | |
| CN101181739A (en) | Method and device for composite electromagnetic continuous casting of highly oriented fine-grained metal material | |
| JP5051636B2 (en) | Casting method and casting apparatus used therefor. | |
| JP4594336B2 (en) | Solidification method | |
| KR200320003Y1 (en) | Manufacturing apparatus of billet for thixocasting method | |
| KR100593677B1 (en) | Ultrasonic casting device | |
| KR100718405B1 (en) | Controlling casting grain spacing | |
| Han et al. | Grain refining of pure aluminum | |
| CN210730934U (en) | Device for preparing aluminum alloy semi-solid slurry | |
| Southgate | Action of vibration on solidifying aluminum alloys | |
| CN111001777A (en) | Composite field treatment and high-pressure extrusion forming method for iron-containing aluminum alloy | |
| EP3826787B1 (en) | Ultrasonic enhancement of direct chill cast materials | |
| Youn et al. | Nucleation enhancement of Al alloys by high intensity ultrasound | |
| JP3536559B2 (en) | Method for forming semi-solid metal | |
| Kuo et al. | Study of vibration welding mechanism | |
| Massone et al. | Production of ADI by hot shake out—microstructure and mechanical properties | |
| RU2799570C2 (en) | Ultrasonic improvement of materials produced by direct cooling casting | |
| JPH07185770A (en) | Aluminum alloy pressure casting method and pressure casting apparatus | |
| US20220097130A1 (en) | Aluminum castings using ultrasonic technology | |
| JP2023059749A (en) | Method for manufacturing aluminum-ceramic joined substrate | |
| JP2024136046A (en) | Manufacturing method of aluminum-ceramic bonded substrate | |
| Song et al. | The Influence of Ultrasonic Vibration on the Microstructure of A380 Alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20041007 |
|
| PA0201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20060227 Patent event code: PE09021S01D |
|
| PG1501 | Laying open of application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| PE0701 | Decision of registration |
Patent event code: PE07011S01D Comment text: Decision to Grant Registration Patent event date: 20060609 |
|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| PR0701 | Registration of establishment |
Comment text: Registration of Establishment Patent event date: 20060620 Patent event code: PR07011E01D |
|
| PR1002 | Payment of registration fee |
Payment date: 20060621 End annual number: 3 Start annual number: 1 |
|
| PG1601 | Publication of registration | ||
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20090623 Start annual number: 4 End annual number: 4 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20100618 Start annual number: 5 End annual number: 5 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20110617 Start annual number: 6 End annual number: 6 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20120620 Start annual number: 7 End annual number: 7 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130620 Year of fee payment: 8 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20130620 Start annual number: 8 End annual number: 8 |
|
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140611 Year of fee payment: 9 |
|
| PR1001 | Payment of annual fee |
Payment date: 20140611 Start annual number: 9 End annual number: 9 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee | ||
| PC1903 | Unpaid annual fee |
Termination category: Default of registration fee Termination date: 20160509 |