KR20160033645A - Method for manufacturing magnesium alloy billet of extrusion - Google Patents

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Abstract

본 발명은 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 관한 것으로 특히, 비중이 4 이상인 합금원소를 균일하게 분포하도록 마그네슘 합금 빌렛의 주조방안을 개선함으로써 소성가공성을 개선한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 관한 것이다. The present invention has been particularly, the production method of a specific gravity of 4 or more alloying elements for magnesium for improved plastic workability by improving the casting methods of the magnesium alloy billet to be distributed uniformly extruded alloy billet relates to a method for producing a magnesium alloy billet for extrusion It relates.
이를 위해 본 발명은 빌렛주조용 주형에 마그네슘 합금 용탕을 주입하고, 상기 합금 용탕이 주입된 빌렛주조용 주형의 표면에 냉매를 분사하여 냉각함으로써 용탕을 응고시켜 빌렛으로 주조하는 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 있어서, 상기 주형의 상부에는 임펠러 설치용 관통구가 형성되고 차폐가스를 주입하도록 된 가스배관이 구비된 커버가 설치되어 있으며, 상기 주형의 표면을 냉각하는 중에 상기 커버의 관통구를 통하여 삽입된 임펠러로 상기 합금 용탕을 교반하며, 바람직하게는 합금 용탕 중 머쉬존을 교반하여 마그네슘합금 빌렛을 제조하는 방법을 특징으로 한다. The invention process for producing a magnesium alloy billet casting to solidify the molten metal by injecting the magnesium alloy molten metal to the casting mold, cooled by a coolant to a surface of the molten alloy is the injection casting mold the blanks for this purpose the method, an upper portion of the mold has a having a gas pipe the impeller mounting through hole is formed so as to inject a shielding gas cover is installed, the impeller inserted through the through hole of the cover while cooling the surface of the mold It characterized by a method for producing a magnesium alloy billet with stirring meoswi the zone of, and stirring the molten alloy, preferably an alloy melt.
본 발명에 따르면, 주형을 냉각하는 중에 합금 용탕을 기계적 교반에 의해 행하되, 기계적 교반을 머쉬존 영역에서 효과적으로 행하여 줌으로서 비중이 큰 아연이나 카드뮴과 같은 합금 원소들을 균일 분산시키는 것이 가능하고, 이에 따라 저온공정상의 편석이 줄어들고 결정립이 미세한 빌렛의 제조가 가능하여 기존의 방식에 의해 제조된 마그네슘 합금 빌렛에 비해 소성가공성이 우수하여 압출이 용이하고, 품질의 균일성이 우수한 효과가 있다. According to the invention, it is possible to uniformly distribute the alloying elements, such as the molten alloy haenghadoe by mechanical agitation, the mechanical agitation and effectively performing a large zinc or cadmium portion as zooming in meoswi zone area while cooling the mold and, accordingly, possible to manufacture the side seat is less fine grain billet of the low-temperature process by the plastic working property superior to the magnesium alloy billet is produced by a conventional method by extrusion it is easy, and it is excellent in the uniformity of the quality of effect.

Description

압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM ALLOY BILLET OF EXTRUSION} Method of manufacturing a magnesium alloy billet for extrusion {METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM ALLOY BILLET OF EXTRUSION}

본 발명은 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 관한 것으로 특히, 비중이 4 이상인 합금원소를 균일하게 분포하도록 마그네슘 합금 빌렛의 주조방안을 개선함으로써 소성가공성을 개선한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 관한 것이다. The present invention has been particularly, the production method of a specific gravity of 4 or more alloying elements for magnesium for improved plastic workability by improving the casting methods of the magnesium alloy billet to be distributed uniformly extruded alloy billet relates to a method for producing a magnesium alloy billet for extrusion It relates.

주지된 바와 같이 마그네슘 합금은 현재 실용화되고 있는 금속재료 중 가장 경량의 금속으로 한층 더 경량화를 달성하려는 금속재료 사용처에 있어서 알루미늄을 대체하여 각종 부품의 재료로 급속히 그 사용이 확대되고 있으며, 또한, 환경에 대한 이슈로 리사이클링에 많은 문제가 있는 플라스틱을 대체하여 전자제품에의 수요가 급격히 늘고 있는 추세이다. Magnesium alloy as is well known is rapidly its use as a material for various parts, replace aluminum in the metallic material Where Used even to achieve further weight reduction of a metal of the weight of the metal material that is currently being put to practical use is being expanded, and also, the environment replacing the plastic with a lot of problems in the recycling issue as to the trend in the demand of the rapidly growing electronic products.

마그네슘 합금은 상용되고 있는 구조용 합금 가운데 가장 가벼운 밀도인 1.74g/cc을 가지고 있으며, 이는 알루미늄의 2/3에 해당된다. Magnesium alloy has a lightest density of 1.74g / cc of structural alloys that are commercially available, and which corresponds to 2/3 of the aluminum. 또, 마그네슘 합금은 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠성, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차단 기능 등을 구비하고 있다. In addition, magnesium alloys and the like excellent water absorption, excellent electromagnetic shield function for excellent machinability and high vibration damping property, vibration and shock. 또한, 최근 급속히 마그네슘 합금이 컴퓨터나 휴대전화, 자동차 부품 등으로 확대되는 이유는 경량성, 재생성의 우수함과 함께 전자파에 대한 차폐능력을 가지고 있으며, 얇은 형재로서의 성형이 가능하기 때문이다. Further, the reason why the recent rapid spread in the magnesium alloy is a computer or a mobile phone, automobile parts or the like has a shielding ability of the electromagnetic wave with a light weight, excellent in regeneration, because it can be formed as a thin shape member.

이를 통해 볼 때 마그네슘 합금은 최근 소비자들로부터 인기를 얻고 있는 휴대용 전자제품의 구조재로 더할 나위 없이 좋은 소재임을 알 수 있다. When viewed through this magnesium alloy can see that perfectly good material as structural material for portable electronic products are getting popular among consumers recently.

일반적으로 휴대용 전자제품 내장 구조재, 자동차 부품 또는 항공기 부품 등의 재료는 경량성과 고강도성, 고인성, 고성형성이 요구된다. Typically, materials such as portable electronic devices embedded structural materials, automobile parts or aircraft parts are lightweight and high-strength sex, high toughness, high-performance form is required.

그런데 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀육방격자 구조를 지니고 있어 압출성이나 성형성이 나빠 주조에 의한 성형이 주로 이루어 졌다. However, magnesium has been the essential it has a slip system is less dense hexagonal lattice structure to plastic deformation by molding in a cast extruded and moldability worse mainly done.

그러나 사형주조는 형상에 많은 제약이 따르고, 다이캐스팅에 의한 성형은 그 특성상 주조조직이 다공성이므로 후속되는 표면처리 공정에서 많은 문제를 야기한다. However, sand casting are the following many restrictions on the shape, molded by die-casting causes a number of problems in the subsequent surface treatment process because it is by nature a porous cast structure. 그러던 중 알루미늄을 합금한 AZ31, AM20등의 재료가 개발되면서 알루미늄이 고용된 마그네슘 단상고용체의 연성을 이용한 소성 가공이 가능하게 되었다. As development of a material such as AZ31, AM20 alloy of aluminum Then was aluminum is possible using the ductility of a single-phase solid solution of magnesium employed plastic working.

그런데 이들 합금은 가공성이 우수하고 연성이 풍부함에도 불구하고 단상 고용체에 350℃ 이하 저융점인 MgxZny 공정상들을 포함하게 된다. However, these alloys is in spite of the excellent processability and ductility richness contains a low melting point of less than 350 ℃ MgxZny process to a single-phase solid solution. 따라서 일방향으로 소성변형되는 판재나 형재의 경우 이방성이 강하고, 가공 중에 마찰 등으로 국부적으로 350℃ 이상으로 상승할 경우에는 저융점 공정상들로 인해 미세 균열이 발생하여 현실적으로는 소성가공 중에 문제가 많다. Therefore, a plastic deformation of the plate material or frame member which is in one direction with a locally strong anisotropy, friction, etc. during processing if rises above 350 ℃ has the fine cracks occur due to the low melting process in reality, there are many problems during plastic working .

또한, 소성가공이 가능한 체심입방격자 구조로 변환하여 소성가공성을 개선한 리튬첨가 합금이 있다. Further, by converting a metal forming capable of body-centered cubic lattice structure there is added a lithium alloy that improves the plastic working property. 리튬은 마그네슘에 대한 고용도가 크고 효과가 있다. Lithium is the solubility the greater effect on the magnesium. 하지만 온도에 따른 고용도의 차이가 작고 격자상수의 차이가 작아 10~20중량%의 다량을 첨가해야 효과가 있다. However, there is a need to a difference in solubility with temperature is small the difference in lattice constant smaller addition of a large amount of 10 to 20% by weight effect. 따라서 리튬을 합금한 재료는 고가인데다 특유의 전지반응 특성 때문에 상용으로 이용되지는 않고 있다. Therefore, a material alloy with lithium is expensive indeda does is not used commercially because of the unique properties of the cell reaction.

마그네슘 합금 빌렛에서 저융점 공정상들의 존재는 마그네슘 합금 압출에서도 같은 문제를 가져와 350℃ 이상 온도에서 압출할 경우 다이와의 마찰열로 표면에 미세한 균열들이 지문처럼 존재하는 표면결함이 나타나 깨끗하고 결함없는 제품을 얻기가 어려웠다. In the magnesium alloy billet presence of a low-melting process takes the same problems in the magnesium alloy extruded there is a surface defect appears clean and defect-free products such as fine cracks on the surface by frictional heat of the die and to the fingerprint if extruded at a temperature above 350 ℃ it was difficult to obtain. 이런 미세한 주름형태의 표면균열들은 피로강도를 저하시키므로 이런 결함이 생기지 않도록 350℃ 이하 온도에서 조건에서 압출해야 하므로 생산성이 낮고 복잡한 형상에서는 불량률이 높아 마그네슘 압출재의 가격이 높은 원인이 되고 있다. Because these fine lines in the form of surface cracks can lower the fatigue strength, so be extruded under the conditions at 350 ℃ below a temperature so that this defect can occur causing high price of the magnesium alloy extruded material increases the defect rate in the low productivity complicated shape.

최근에 와서 이런 문제를 극복하기 위해 소성가공성을 개량한 마그네슘합금이 등장하거나 용이하게 소성가공할 수 있는 기술들이 개발되고 있다. In recent years it appeared a magnesium alloy improved plastic workability to overcome these problems or ease firing technology capable of processing have been developed.

본 발명자들이 개발한 등록특허 10-0509648은 소성가공성이 우수한 마그네슘합금을 소개하고 있다. Patent Registration 10-0509648 developed by the present inventors has excellent plastic working property is introduced to the magnesium alloy. 그러나 이 특허 내용에서는 판재를 압연하기 위한 공정이 언급되기는 하였으나, 압출방법에 대해서는 구체적으로 소개하지 못하여 마그네슘 압출재의 상용화가 진행되지 못했다. However, the patent information] Although Although mention a process for rolling a plate material, and did not proceed the commercialization of the magnesium alloy extruded material failure to introduce a method for extruding concrete. 더욱이 대경의 빌렛 내부에 미세 고융점 석출상을 분산하거나 중심부 편석을 억제하기 위한 방법은 제시하지 못했다. Further methods for the inhibition of the billet and the fine dispersion of the large-diameter inner or center segregation of the melting point of the precipitation did not present.

종래의 압출용 빌렛은 주로 환봉형 캐비티가 형성된 주철 주형에 용탕을 주입하여 냉각하는 방식으로 제조한다. Conventional billet for extrusion is mainly made of a method for cooling a molten metal to the cast-iron mold is round bar-shaped cavity formed. 이 방식에서는 용탕이 주형과 접촉하면서 온도차와 주형에 흡착된 습기가 기화하면서 용탕이 폭발적으로 비산하게 되기 때문에 방지하기 위해 주형을 200℃ 이상으로 예열하여 습기를 제거하고 주입하게 된다. In this method, the molten metal is in contact with the mold vaporizing the moisture adsorbed by the temperature difference between the mold and molten metal to the mold in order to prevent explosion, since the scattering to remove moisture and pre-heating to above 200 ℃ and injection.

때문에 냉각속도가 늦어 주형 내에서 마그네슘합금의 응고시간이 길어지면서 비중이 4 이상으로 마그네슘과 비중 차이가 큰 원소 예를 들어 아연, 이트륨 등이 중심부나 주형 아래 쪽에 편석되는 현상이 일어나고 수지상 결정이 조대하게 발달하는 문제로 빌렛의 거시적 조성이 불균일해지며 압출성능이 떨어지는 원인이 된다. Taking place since the phenomenon in which the clotting time of the magnesium alloy increases within the cooling speed is slow mold As a specific gravity of, for a large element magnesium and the specific gravity difference between example zinc, yttrium, etc. are segregated on the lower center, or a template in four or more dendrites coarse It becomes to be a macroscopic composition of the billet to a problem that uneven development causes extrusion performance falls. 편석이 심할 경우 빌렛의 중심부에는 열간 균열(Hot Tearing)이 발생하고, 압출과정에서 변형과 균열, 미세 주름 발생 등의 원인이 될 뿐 아니라 압출재의 스트레칭이나 교정작업 중 파단과 피로강도를 떨어뜨려 내구성과 신뢰성을 해치게 된다. The heart of the case severe segregation billet is generated in the hot crack (Hot Tearing), and dropped the breaking of the deformation and cracking, fine wrinkles causes, as well as stretching or calibration of the extruded material be such occurs in the extrusion process and the fatigue durability and the reliability is spoiled. 이를 해결하기 위해 포코르니 등은 마그네슘 합금의 주조 중 열간균열발생을 예측하는 연구를 행하였다. In order to solve this problem it included cor you like was carried out a study to predict the occurrence of hot cracks during casting of magnesium alloy.

마그네슘의 낮은 소성가공성을 회피하여 가공하기 위한 방법으로 쌍롤 주조법이나 스트립 캐스팅법 등으로 최종 제품에 가까운 형태로 주조하는 방법을 고안하였는데 이들은 판상의 제품에 한해 적용할 수 있는 단점이 있어 압출재의 생산에는 적합하지 않았다. Etc. A method for processing and avoidance of low plasticity workability of magnesium ssangrol casting or strip casting method were devised how to cast a form close to the final product, it has the disadvantage that can be applied only to the flaky product of extrusion production, It did not fit.

Qui 등은 마그네슘합금에서 소성가공용으로 가장 많이 이용되는 AZ31 합금을 압출하고 압연하여 재결정된 미세조직을 얻음으로써 소성가공성을 개선하는 연구를 행했다. Qui et extruding the AZ31 alloy most frequently used in plastic working of magnesium alloy, and the rolling was carried out a study to improve the plastic working property by obtaining a recrystallized microstructure. 이 연구에서 육안상으로는 문제가 보이지 않았으나 결정립에 수 미크론 이하 간격으로 미세 균열들이 존재하는 것이 관찰되었다. In this study human eye apparently did not show a problem was found that micro-cracks are present in a number of sub-micron spacing in the grain. 또한 Rao 등은 AZ31 합금이 300~350℃ 구간에서 압출이 용이하며 생산성을 향상시키기 위해 그 이상의 온도에서 압출하게 되면 집합조직이 취약해진다고 보고하였다. Also Rao et al. It reported that by AZ31 alloy is the texture when the vulnerable 300 to extrusion is easy at 350 ℃ section and the extruded at higher temperatures in order to improve the productivity.

그 외에 빌렛을 열처리하고 압출 컨테이너와 다이의 온도를 조절하여 연성이 높은 온도구간에서 압출함으로써 소성가공성을 개선하는 방안에 대한 것도 소개되었으나 마그네슘 합금에 존재하는 저융점 공정상 때문에 압출속도를 낮추어야 하고 형상에 제한이 있는 등 문제점으로 인해 실질적인 개선 방안은 되지 않는다. In addition, but heat treating the billet to introduce anything on how to adjust the temperature of the extrusion container and the die to improve the plastic working property, by extrusion at a high ductility temperature range lower the extrusion rate because of the low-melting point process that exists in the magnesium alloy and shape due to such a problem that is not limited to real improvements.

또한 ECAP, ECAE 같이 난가공재를 다이 내에서 각도를 바꾸는 채널을 거쳐 높은 소성비로 가공하는 방법으로 마그네슘의 소성가공성을 개선하려는 노력이 있었지만 다이 구조가 복잡하고 높은 가압력을 요구하므로 압출재의 크기와 생산성이 제한되어 실제 제품 생산에 적용하기 위한 상용화에는 적합하지 않다. Also, since via the channel to change the angle of the ECAP, I work piece as ECAE in the die, but this effort to improve the plastic working property of the magnesium by the method of processing a ratio higher firing the die structure is complicated and requires a high pressing force of the extruded material the size and productivity commercialization limitations are not suitable for application to actual production.

본 발명자들은 이런 문제를 해결하기 위해 한국등록특허 10-1392480호에서 이트륨과 아연을 첨가하여 고융점 석출상을 형성하여 압출온도를 상향하고 압출 다이를 개선함으로써 유동응력을 감소시키고 압출성을 개선하는 방법을 제공하였다. The present inventors to reduce the flow stress by improving the Korea Patent Registration No. 10-1392480 by the addition of zinc and yttrium to precipitate a high melting point to form an extrusion temperature up to the extrusion die in order to solve this problem and improve the extrusion characteristics how it was provided. 그러나 이같이 소성가공성이 우수한 합금의 경우에도 빌렛을 제조하는 과정에서 상하부 간에 응고속도의 차이로 인해 합금원소의 편차가 생기고 이 과정에서 비중이 큰 아연과 이트륨이 하부에 편석하게 되는 문제가 있었다. However, as such because in the course of plastic working property it is prepared a billet in the case of high alloy to the difference in the solidification rates between the top and bottom there is a problem that will be generated with the deviation of the alloy elements is large proportion of zinc in this process and segregation of yttrium in the lower portion. 아래 도 1은 이 방법으로 평균 직경 180mm로 주조한 빌렛의 상하부 합금원소 편차로 인한 소성가공성의 차이로 압출 중에 파단된 사례로서, 도 1은 종래 도가니 주조법에 의해 제조한 빌렛으로 용탕을 교반하지 않고 제조한 빌렛의 사례이다. Below 1 is a broken case during extrusion to the difference in the plastic working property due to the upper and lower alloy elements deviation of the billet cast by the average diameter 180mm in this way, Figure 1 is without stirring the molten metal with a billet made by conventional crucible casting a case of manufacturing billets. 왼쪽은 주조 후 추출한 빌렛이고 가운데는 압출 중에 파단된 상태이다. Left is extracted after casting billet and the center is a rupture in the extruded state. 오른쪽은 절삭 가공한 빌렛의 하부로서 중심부 편석으로 인해 사진처럼 중앙부에 원형으로 열간균열이 발생하는 경우가 있다. The right and there is a case that the hot crack generation in a circle at the center like a picture due to the central segregation, as the lower part of cutting a billet. 도 1의 가운데 파단된 빌렛에서 화살표가 압출 방향이며 화살표 아래가 빌렛 주조시 상부이다. And also of the arrow in the extrusion direction of the billet 1 is a top cutaway when the down arrow billet casting.

또한 도 2처럼 직접냉각(Direct Chilled) 연속주조 빌렛의 경우 내외부의 냉각속도 차이가 지나치게 커지면서 중심부 편석이 발생하고, 응고시 수축에 의한 응력으로 편석이 심한 중심부에서 내부 균열이 발생하는 경우도 있다. There are also cases that occur even direct cooling as 2 (Direct Chilled) seat center side is the cooling rate difference in the case of continuous casting of billets and out excessively grows, and the internal cracks in the seat severe central piece to the stress due to the solidification contraction. 도 2는 직접냉각 연속주조에서 편석과 수축 응력으로 인해 빌렛 중심부에 발생한 열간균열의 사례이다. 2 is a case of hot cracks in the heart because of the shrinkage stress in the side seats directly cooling continuously cast billet.

용탕을 외주부에서 급냉하여 응고시키는 직접냉각 연속주조에서는 급냉으로 인해 편석이 비교적 적다. In the direct cooling continuous casting to solidify by rapid cooling of the molten metal in the outer peripheral portion due to the rapid cooling segregation relatively small. 직경 150mm AZ31 빌렛의 예를 들면 표면과 중심부를 비교할 때 알루미늄의 편석량이 약 0.7%, 아연의 편석량이 약 0.4% 정도로 비교적 편석량이 적은데, 이는 비중이 1.74인 마그네슘과 비중이 2.7인 알루미늄 간에 비중차가 다른 합금원소보다 적고, 비중이 7.13인 아연의 함량이 적기 때문이기도 하다. Diameter 150mm AZ31 in the example section seokryang relatively piece seokryang to about 0.4% of Pt seokryang is about 0.7% of aluminum, zinc as compared to the surface and the center of the billet jeokeunde, which is magnesium and a specific gravity of a specific gravity of 1.74 2.7 Aluminum specific gravity less than the difference between the different alloying elements, but also because there is little amount of zinc in a specific gravity of 7.13. 그러나 표 1에서 보듯 이트륨-아연과 같이 비중이 4 이상인 합금의 양이 늘어나면 편석량 합이 총 1.1%인 AZ합금에 비해 합금원소 편석이 심하게 된다. However, as shown in Table 1, of yttrium - After the amount of the alloy greater than a specific gravity of 4, such as zinc increases the sum seokryang piece is severely segregation the alloying elements, compared to 1.1% in total of the AZ alloys. 이 정도의 편석이라면 압출성능에서는 더 차이가 커서 도 1처럼 압출 중 파괴되거나 압출이 되어도 휨변형이나 표면결함 발생률이 크다. If the degree of segregation of the fracture during the extrusion, as in the extrusion performance is also no difference in cursor or 1 even if the extrusion is larger bending deformation and surface defect incidence. 더욱이 빌렛의 직경이 커지면 냉각속도도 증가해야 하는데 편석이 심하면 압출 중 빌렛 중심부에 균열이 발생하게 된다. Furthermore, the larger diameter of the billet is the cracking of the extreme cases, the center of the extrusion segregation to be increased cooling rate billet. 따라서 비중이 알루미늄보다 큰 원소들이 함유되는 합금에서는 중심부 편석의 정도가 빌렛의 압출성능을 좌우하게 된다. Therefore, the alloys have large specific gravity than aluminum-containing element is a seat around the center of the right and left side of billet extrusion performance.

성분원소 Constituent elements 함량(%) content(%) 빌렛에서의 위치 Location of the billet
하부 bottom
아연 zinc 9.8 9.8 도 1의 화살표 위쪽 Figure 1 of the Up arrow
이트륨 yttrium 1.45 1.45 도 1의 화살표 위쪽 Figure 1 of the Up arrow
상부 Top
아연 zinc 1.56 1.56 도 1의 화살표 아래쪽 Also down-arrow 1
이트륨 yttrium 0.76 0.76 도 1의 화살표 아래쪽 Also down-arrow 1

AZ합금이나 AM합금 등 알루미늄이나 아연이 합금되는 압출용 마그네슘 합금은 합금량이 증가할수록 머쉬 존 구간이 넓어져 턴디쉬에서 주형에 주입된 용탕의 온도가 낮아지면 주형의 라이너에서 빌렛의 마찰력이 높아지기 때문에 빌렛의 표면이 거칠어지거나 균열이 생길 수 있다. Because the magnesium alloy for extrusion of aluminum, zinc and the like AZ alloys or AM alloys alloys becomes higher the billet traction on the liner when the temperature of the molten metal injected into the mold from a tundish spreads the meoswi zone interval decreases with increasing the amount of alloy mold the surface of the billet can cause rough or cracked. 따라서 고출력의 전자기 주조장치로 용탕의 온도를 높이면서 주형벽에서는 빨리 냉각하여 셸층(shell layer)을 형성해야 하는 어려움 때문에 주조 속도와 생산성이 저하하게 되는 문제점이 있다. Therefore, there is a problem in that the casting rate and lower productivity because of difficulty while increasing the temperature of the molten metal to the casting of high-power electronic devices should form a syelcheung (shell layer) to quickly cool the mold wall.

종래 기술에서는 이런 편석을 제거하기 위한 수단으로 주형에 주입하기 전에 금속 막대로 도가니의 마그네슘 용탕을 교반하였다. In the prior art, followed by stirring the magnesium melt in the crucible with the metal bar before the injection into the mold as a means for the removal of such segregation. 그러나 이렇게 용해로의 상부를 개방한 상태에서 인력을 이용한 교반 방법은 열기와 발화위험 때문에 지속적으로 교반하기 어려울 뿐만 아니라 마그네슘합금 용탕을 주형에 주입하고 난 뒤 응고되는 과정에서 교반할 수 있는 방법은 없었다. However, this stirring method using a force in opening the upper part of the furnace condition was the way to stirring in the course of continuous stirring to not only solidified after I was charged with a magnesium alloy molten metal to the mold difficult, because heat and highly flammable.

주조 중 교반을 위해 유도 코일을 이용하는 전자교반법이 있다. There are electromagnetic stirring method using an induction coil for stirring during casting. 하지만 마그네슘은 짝을 이루지 않는 홀 전자가 없어 전자교반을 해도 자화강도가 약하기 때문에 다른 금속에 비해 유도자장의 힘이 적고 용탕의 점성이 높아 교반효과가 미비하고, 중심부 편석이 생기기 쉽다. However, magnesium has no unpaired electron that is paired if the electromagnetic stirring intensity of magnetization of the high viscosity of the melt strength of the inductive magnetic field less than the other metals is insufficient stirring effect is weak and prone to center segregation. 예를 들어 마그네슘 합금 빌렛을 20L/분 속도로 주조하기 위해서는 20kHz, 1400A인 고출력 전자기 주조장치(EMC)와 15kHz, 150A인 전자교반장치(EMS)를 필요로 하고, 이는 알루미늄 빌렛 연속주조에 필요한 용량의 4-5 배에 달한다. For example, to cast a magnesium alloy billet to 20L / min requires a 20kHz, 1400A in high power electromagnetic casting apparatus (EMC) and 15kHz, 150A an electromagnetic stirrer (EMS), which capacity for aluminum billet continuous casting the amount to 4-5 times.

알루미늄 빌렛 주조에서도 최근에 와서는 직접냉각 연속주조보다는 도 3의 방법과 같은 전자교반 연속주조로 제조하는 추세이지만, 철강에 비해 자화강도가 약한 점을 고려하여 한편에서는 기계적 교반으로 중심부 편석과 조대한 수지상정 발달을 억제하려는 노력이 지속되었다. Although in the aluminum billet casting trend of recent years are made of a direct cooling continuous casting continuous electron stirred as the third method than casting on, in consideration of the intensity of magnetization of the weak points compared to steel while the coarse analysis and center pieces with mechanical stirring efforts to suppress the dendrite development was sustainable.

플레밍 등은 US Pat. Fleming et al. US Pat. 3,902,544에서 비수지상 초정조직을 포함하는 고상 또는 액상-고상 금속을 제조하는 방법에 대해 제공하였는데, 이 방법은 주조하기 전 액상의 금속을 교반하는 과정을 포함하기 때문에 응고 과정에서 조직을 제어하는 데는 한계가 있었다. Including a non-aqueous ground Primary tissue from 3,902,544 solid or liquid - were provided for the method for producing a solid phase metal, the method There to control the organization in the solidification process, because it contains the step of stirring the metal around the liquid casting limits there was.

닐슨 등은 US Pat. Nielsen et al. US Pat. 4,315,538에서 동합금봉 연속주조에서 용탕의 온도편차를 줄이기 위해 주형 다이를 회전시키는 방법을 제공하였다. In the copper alloy rod in a continuous casting and 4,315,538 in order to reduce the temperature variation of the molten metal it provided a method of rotating the mold die. 이 방법은 소경의 봉재 연속주조에서 용탕과 접촉하는 주형 다이를 회전시킴으로써 마찰력도 줄이고 결정입도를 미세하게 하는 데는 유효하지만 대경의 빌렛에서 중심부 편석을 제어하는 방법으로는 부적합하였다. This method is effective There is rotated to the mold die in contact with the molten metal in the continuous casting of the small-diameter rod material to reduce friction even finer the grain size, but was not suitable as a method of controlling the center segregation in a large-diameter billets.

유 등은 US Pat. Yu et al. US Pat. 4,709,747에서 알루미늄합금 용탕이 주입되는 주형 내에 스트레이너 타입의 장치를 삽입하는 방법을 제공하였다. How to insert the device type of the strainer in the mold that the molten aluminum alloy injected to give in 4,709,747. 이는 용탕을 주입하면 주형 표면에 접하는 외주부 뿐만 아니라 내부에서 스트레이너와 접한 용탕이 핵생성을 일으켜 주형에서 균일하게 응고가 진행되는 효과가 있다. This has the effect that when a molten metal cause the molten metal in contact with the nucleation inside the strainer as well as the outer peripheral portion in contact with the mold surface of the mold in a uniform solidification process. 종래에는 최종 응고되는 중심부에만 편석이 집중되던 현상이 억제되고 내부에서도 핵생성이 진행되므로 균일하게 응고되는 효과가 있다. Conventionally, there is an effect that the suppression phenomenon of the release concentration segregation only the center which is the final solidification is uniformly solidified because the nucleation proceeds in the inside. 그러나 이런 방법은 계속 용탕이 주입되는 연속주조나 용탕의 양이 많을 경우 스트레이너가 가열되므로 냉각능이 떨어져 결국은 지속적으로 핵생성 효과를 기대하기 어렵다. However, this method is still the case that the amount of the continuous casting molten metal or molten metal to be injected into the strainer so many off the heating ability is eventually cooled continue to be difficult to expect the nucleation effect.

알루미늄이나 동합금의 경우와 달리 마그네슘 합금 용탕의 기계적 교반은 대기와의 차단으로 발화사고를 방지해야 하고, 합금원소들이 저융점 공정상을 만드는 경우가 많은 어려움 등으로 연구가 많지 않았다. Mechanical stirring of the molten magnesium alloy, unlike the case of aluminum or copper alloy to prevent a fire accident in blocks with the atmosphere, and the alloy elements are not much research into such a number of difficulties when making the process a low melting point. 따라서 종래에는 마그네슘 용탕 보존로에서 관을 통해 직접 주형에 주입하는 방식을 적용하는 경우가 많아 전자기 교반 외에는 다른 방식을 적용하기 어려웠다. Therefore, conventionally, many cases of applying the method of injecting the mold directly through a tube from a magnesium molten metal retention was difficult to apply a different method other than the electromagnetic stirring. 이렇게 기술발달이 늦은 배경에는 마그네슘 압출재 시장이 적어 상용화가 활발하지 못한 이유도 크다. This late development of the background art, the less magnesium extrusion market greater reason did not actively commercialized. 그럼에도 불구하고 식소몰딩법이나 고강도 경량 MMC(metal matrix composite)의 개발에서 마그네슘을 기지로 하는 연구를 통해 개발된 사례들이 있었다. Nevertheless, there were cases that developed through the study of magnesium in the development of lightweight, high-strength sikso molding method or MMC (metal matrix composite) as a base.

카마도 등은 반용융 상태에서 사출성형하는 식소몰딩법에 응용하기 위해 AZ91D합금을 반용융상태에서 교반하여 얻은 결과를 발표하였다. Ca and the like also presented the results obtained by stirring the AZ91D alloy at the semi-molten state to a molding method for an injection molding application for sikso in semi-molten state. 그러나 이 방법은 주형 안에서 반고체 상태의 용탕을 일정온도에서 유지하면서 30분 동안 장시간 교반하는 내용으로 연속주조나 빌렛의 제조에 적용하기에는 무리가 있는 방법이었다. However, this was how the crowd to apply to the manufacture of continuous casting billet or the contents while maintaining a semi-molten state at a constant temperature inside the mold for a long time stirred for 30 minutes.

이처럼 마그네슘 합금 빌렛의 거시적 편석과 미세조직의 개선을 위해서는 전자교반보다는 기계적 교반이 좋은 대안이 될 수 있다고 여겨지지만 실제에서는 마그네슘 시장의 정체로 인해 구체적인 제조방법을 제시할 정도로 심도있는 연구가 수행된 사례가 없었다. The thus magnesium in order to improve the macro-side seats and the microstructure of the alloy billet believed could be a good alternative to mechanical agitation, rather than e-stirring, but in actual due to congestion of the magnesium market research, deep enough to provide specific preparation performed Cases There was no.

한국공개특허공보 2002-0078936호. Korea Laid-Open Patent Publication No. 2002-0078936. 2002. 10. 19. 10/19/2002 한국공개특허공보 2007-0091239호. Korea Laid-Open Patent Publication No. 2007-0091239. 2007. 09. 07 07/09/2007 한국공개특허공보 2008-0085662호. Korea Laid-Open Patent Publication No. 2008-0085662. 2008. 09. 24 24/09/2008 미국특허공보 US 7,028,749호. US Patent No. US 7,028,749. 2006. 04. 18 18/04/2006 한국등록특허공보 10-1392480호. Korea Patent Application No. 10-1392480. 2014. 04. 29 04/29/2014 미국특허공보 US 3,902,544호. US Patent No. US 3,902,544. 1975. 09. 02 09/02/1975 미국특허공보 US 4,315,538호. US Patent No. US 4,315,538. 1982. 02. 16 16/02/1982 미국특허공보 US 4,373,950호. US Patent No. US 4,373,950. 1983. 02. 15 15/02/1983 미국특허공보 US 4,709,747호. US Patent No. US 4,709,747. 1987. 10. 01 1987. 10. 01 미국특허공보 US 4,960,163호. US Patent No. US 4,960,163. 1990. 10. 02 10/02/1990

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점들을 제거하기 위하여 창출된 것으로서 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 편석을 줄이고 불량률을 감소시키기 위해 주조방안을 개선하여 결정립을 미세화하고 편석을 줄여 압출성을 향상한 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. The invention of as having been created to reduce the segregation of magnesium alloy billet for extrusion refine the crystal grains to improve the casting methods in order to reduce the defect rate and decrease the segregation improve the extrusion characteristics of magnesium alloy billet to eliminate various problems such as the it is an object to to provide a process for producing the same.

이를 위해 본 발명은 빌렛주조용 주형에 마그네슘 합금 용탕을 주입하고, 상기 합금 용탕이 주입된 빌렛주조용 주형의 표면에 냉매를 분사하여 냉각함으로써 용탕을 응고시켜 빌렛으로 주조하는 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법에 있어서, The invention process for producing a magnesium alloy billet casting to solidify the molten metal by injecting the magnesium alloy molten metal to the casting mold, cooled by a coolant to a surface of the molten alloy is the injection casting mold the blanks for this purpose in,

상기 주형의 상부에는 임펠러 설치용 관통구가 형성되고 차폐가스를 주입하도록 된 가스배관이 구비된 커버가 설치되어 있으며, 상기 주형의 표면을 냉각하는 중에 상기 커버의 관통구를 통하여 삽입된 임펠러로 상기 합금 용탕을 교반하며, 바람직하게는 합금 용탕 중 머쉬존을 교반하여 마그네슘합금 빌렛을 제조하는 방법을 특징으로 한다. An upper portion of the mold has a having a gas pipe the impeller mounting through hole is formed so as to inject a shielding gas cover is installed, the alloy with the impeller inserted through the through hole of the cover while cooling the surface of the mold stirring the molten metal, and preferably features a method for producing a magnesium alloy billet stirred meoswi zone of the molten alloy.

또한, 상기 마그네슘 합금은 아연과 이트륨을 함유하고 있는 합금이며, Further, the magnesium alloy is an alloy containing zinc and yttrium,

상기 주형 표면의 냉각은 빌렛의 표면온도가 350℃이하로 냉각되도록 냉매를 상기 주형 표면에 15~70도 각도로 분사하여 250~900℃/분, 바람직하게는 300~600℃/분의 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하고 있으며, Cooling of the template surface is a surface temperature of 250 ~ 900 ℃ / minute by spraying at an angle of 15 to 70 degrees to the mold surface a refrigerant to cool to below 350 ℃ of the billet, preferably at a rate of 300 ~ 600 ℃ / min. and characterized in that for cooling,

상기 빌렛주조용 주형은 연속주조 방식의 주형인 것을 특징으로 하고 있으며, The casting mold is characterized in that the mold of the continuous casting method,

상기 커버는 고정식커버와 탈착식커버로 구성되어 있되, 고정식커버는 주형의 내경에 내접하여 고정하도록 된 고정턱을 가지며 중앙 공간부가 형성되어 있으며, 탈착식커버는 상기 고정식커버의 중앙 공간부의 내경에 내접하여 고정하도록 된 탈착턱을 가지며 중앙부에 관통구가 형성된 것을 특징으로 하고 있으며, The cover has a capping consists of a rigid cover and a removable cover, fixed cover and has a fixed jaw to the fixed contact within the inside diameter of the mold is formed in addition the central space, the removable cover is in contact within the inner diameter of the central space portion of the fixed cover having a detachable to a fixed jaw, and is characterized in that a through-hole formed in a central portion,

상기 연속주조 방식의 빌렛주조용 주형은 그 주변에 전자기 교반장치가 더 설치되어 전자기 교반을 함께 수행하며, Casting the mold of the continuous casting method is an electromagnetic stirrer is further provided in its periphery and carried out with the electromagnetic stirring,

상기 연속주조 방식의 주형에 설치된 커버는 그 상부에 턴디쉬 노즐이 삽입되도록 용탕주입구가 더 형성되어 있고, The cover is installed on the mold of the continuous casting method has a molten metal injection hole is further formed so as to be inserted into a tundish nozzle on the top,

상기 임펠러는 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 한다. The impeller is characterized in that it is driven by a motor.

본 발명의 마그네슘 합금빌렛 제조방법에 따르면, 주형을 냉각하는 중에 합금 용탕을 기계적 교반에 의해 행하되, 기계적 교반을 머쉬존 영역에서 효과적으로 행하여 줌으로서 비중이 큰 아연이나 카드뮴과 같은 합금 원소들을 균일 분산시키는 것이 가능하고, 이에 따라 저온공정상의 편석이 줄어들고 결정립이 미세한 빌렛의 제조가 가능하여 기존의 방식에 의해 제조된 마그네슘 합금 빌렛에 비해 소성가공성이 우수하여 압출이 용이하고, 품질의 균일성이 우수한 효과가 있다. According to the magnesium alloy billet production method of the present invention, the molten alloy during cooling of the mold haenghadoe by mechanical stirring, subjected to mechanical stirring effectively meoswi zone area to uniformly distribute the alloying elements, such as a large zinc or cadmium proportion as Zoom it is possible, and thus possible to manufacture the pieces decreasing seat crystal grains fine billets of the low-temperature process by extrusion is easy by the plastic working property superior to the magnesium alloy billet is produced by a conventional method, and is excellent in uniformity of quality effect a.

도 1. 종래 중력주조법으로 제조한 빌렛의 사례를 나타낸 사진 1. FIG photographs showing the case of the billet manufactured by the conventional gravity casting method
도 2. 종래 직접 냉각(Direct Chilled) 연속주조로 제조한 빌렛의 중심부 균열 사진 Figure 2. Central cracking photograph of a billet made of a conventional direct cooling (Direct Chilled) continuous casting
도 3. 종래의 전자교반을 이용한 마그네슘 연속주조장치 개념도 Figure 3 schematic diagram magnesium continuous casting apparatus using the conventional electromagnetic stirring
도 4. 본 발명의 제1 교반방법으로 연속주조에서 EMC와 기계적 교반을 병용한 개념도 Figure 4 in a first stirring process of the present invention the concept of combined EMC and mechanical agitation in a continuous casting
도 5. 본 발명의 제2 교반방법으로 연속주조에서 기계적 교반만 적용한 개념도 Figure 5 schematic view apply only mechanical stirring in continuous casting in the second stirring process of the invention
도 6a. Figure 6a. 본 발명의 탈착식 커버에 설치된 임펠러의 개념도 Schematic view of an impeller provided in a removable cover of the present invention
도 6b. Figure 6b. 본 발명 주형 커버의 예 Embodiment of the invention the mold cover
도 7. 교반을 거친 마그네슘 빌렛의 단면조직 예 Figure 7 cross-sectional structure example of the magnesium stirred rough billet
도 8. 종래 기술로 제조한 빌렛의 중심부 주조조직 사진 8. The center also cast structure of the billet manufactured by the prior art pictures
도 9. 본 발명에 의해 제조한 빌렛의 중심부 주조조직 사진 Figure 9. Central cast structure photograph of a billet produced according to the present invention
도 10. 본 발명에 의해 제조한 빌렛의 압출재 외관사진 Figure 10. extruded appearance photograph of a billet produced according to the present invention
도 11. 본 발명에 의해 제조한 압출재의 단면 조직사진 Figure 11. A photograph of a tissue section extruded material produced by the present invention
도 12. 본 발명에 의해 제조한 압출재의 인장곡선 Figure 12. The tensile curve of the extruded material manufactured according to the invention

이하 본 발명을 구체적으로 설명한다. The present invention will be described below in detail.

본 발명은 마그네슘 합금 빌렛을 주조하는데 있어서, 주조하는 중에 주형내의 용탕을 기계적 수단으로 교반을 행함으로서 용탕이 응고하는 과정에서 생성되는 결정립을 미세화하여 편석을 줄이는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a magnesium alloy for casting of billets, the finer the crystal grains are generated in the process of solidifying the molten metal as the molten metal in the mold doing the stirring to the mechanical means during casting is characterized in that to reduce the segregation. 본 발명에서 제공하는 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법은 연속주조방식인 것을 특징으로 한다. Method of manufacturing a magnesium alloy billet provided by the present invention is characterized in that the continuous casting method.

연속주조방식의 경우에는 도4 및 도5에 나타난 바와 같이 주형(1) 상부에 커버(3)를 씌우고, 주형하부에 더미블록(6)을 설치하여 주조 준비를 한 다음, 커버(3)의 차폐가스 배관으로 차폐가스(4)를 주입하면서, 별도의 용해로에서 제조된 합금용탕을 연속주조기의 커버에 형성된 용탕주입구(5)를 통하여 주형(1)으로 주입하고, 주형에 주입된 합금 용탕은 주형 표면에 분사되는 냉매(7)에 의해 냉각되면서 빌렛(2)으로 응고되고, 응고된 빌렛은 주형 하부에 설치된 더미블록(6)에 연이어 주형으로부터 추출되면서 연속적으로 주조된다. In the case of the continuous casting method, Fig. 4 and a mold (1) the upper part of the cover 3 for putting on, cast ready to install the dummy block (6) to the mold bottom, as shown in Figure 5, and then the cover 3 Following the introduction of shielding gas 4 in the shielding gas pipe, the injection of the molten alloy prepared in a separate melting furnace to the mold (1) through a molten metal inlet (5) formed in the cover of the continuous casting machine, and injected into the mold molten alloy is as the cooling by the refrigerant 7 which is sprayed onto the mold surface and the solidified billet (2), the solidified billet is molded continuously while successively extracting from the mold the dummy block (6) provided on the lower mold. 이 때 마그네슘 합금 용탕이 주입되는 주형(1)에는 대기와 차단하기 위해 차단기구 예를 들어 커버(3)와 같은 밀폐장치로 1차 차단하며, 2차로는 차폐가스(4) 예를 들어 SF 6 , Ar 또는 CO 2 를 혼합하거나 단독으로 사용하는 분위기에서 대기와 차단한 상태로 마그네슘 합금 용탕을 주입하며, 주입된 용탕의 교반은 냉각되는 과정에서 생성되는 용탕의 중앙부의 머쉬존(8) 구간에 커버(3)의 관통구를 통하여 삽입된 임펠러(22)를 위치시키고 모터로 구동하여 용탕을 교반한다. In this case the magnesium alloy molten metal is injected into the mold (1) which contains the blocking mechanism, for example the cover 3 and the blocked primary sealed apparatus, secondly the shield gas 4 example to block the air SF 6 , in an atmosphere using a mixture of Ar or CO 2, or alone, and injecting a magnesium alloy molten metal in a state isolated from the atmosphere, mixing of the injected molten metal in meoswi zone (8) section of the central portion of the molten metal that are generated in the course of cooling to position the impeller 22 is inserted through the through hole of the cover 3 and driven by a motor to stir the molten metal.

본 발명에서 주형을 냉각시키어서 용탕을 응고시키는 과정 중 용탕을 교반하는데 있어서 특히 용탕 내에서도 고상과 액상이 공존하는 영역인 머쉬존(mush zone) 구간을 임펠러와 같은 기계적 수단으로 교반을 실시하는데, 그 이유는 냉각 중에 생성되는 석출물이 존재하는 머쉬존 구간을 교반하면 석출물이 균일하게 혼합되게 하는 것은 물론 냉각 중에 생성되는 석출물을 미세하게 분산시키는 것이 가능하여 고용체 내부에 치환형 격자결함을 만들어 적층결함, 쌍정과 부분전위가 쉽게 생성되게 하여 슬립시스템을 증가시킴으로써 소성 가공성이 우수한 빌렛의 제조가 가능하기 때문이고, 마그네슘과 같이 자화가 약한 본 발명의 용탕에서는 이러한 교반의 효과 즉, 석출물의 미세 분산을 극대화시키는 것은 주형 외부에서 자장으로 교반하는 전자교반방 According to stir the molten metal during the process of coagulation to come to cool the mold the molten metal in the present invention particularly for carrying out the stirred region of meoswi zone (mush zone) period in which the solid phase and the liquid phase coexist within the molten metal by mechanical means such as an impeller, and the reason is to create a substitutional lattice defects within the solid solution is to possible to finely disperse the precipitate produced during as well as cooling to be stirred when the precipitate is uniformly mixed meoswi zone period in which there is a precipitate that is produced during the cooling stacking fault, is because the twin crystal and part potential to be easily to be generated producing the excellent plastic working property billet by increasing the slip system can be, in the molten metal of the present invention, magnetization is weak, such as magnesium and effect of the agitation that is, to maximize the fine dispersion of the precipitates the electromagnetic stirring chamber for stirring by the magnetic field from the outside of the mold 으로는 기대할 수 없기 때문이다. In because they can not be expected.

또한 기계적 수단만이 정확하게 머쉬존(8) 구간을 교반하는 것이 가능하여 냉각 중에 생성되는 석출물의 미세 분산을 극대화시킬 수 있기 때문이다. In addition, because it is possible to be mechanical means only accurately stirring the meoswi zone 8 zone maximize the fine dispersion of the precipitates produced during cooling.

이와 같은 교반에 의해 생성된 결정핵들이 고르게 분산되면 빌렛 표면으로부터 내부의 응고속도가 빨라져 결정립이 미세하게 되며 편석도 줄어드는 효과가 있게 되고, 이에 따라 빌렛의 응고에 소요되는 시간이 단축되는 효과가 있다. Thus when the resulting crystals by such agitation nuclei are uniformly dispersed, and the solidification rate of the internal faster crystal grains finer from the billet surface and so that the reduced Pt seats effect, there is an effect that the time required for solidification of the billet is reduced accordingly .

특히 이트륨을 합금하면 고온 석출물이 형성되므로 머쉬 존 구간이 줄어들어 응고속도가 빨라지고 높은 온도에서 빌렛을 추출할 수 있어 주조속도를 높일 수 있어 생산성이 증가하며, 후 공정에서 합금원소의 균일 확산을 위한 확산열처리와 유지시간을 줄일 수 있는 이점이 있다. In particular, an alloy of yttrium high-temperature precipitate is formed by reducing the meoswi zone interval faster the solidification rate spread for uniform diffusion of the alloy elements at a temperature in it is possible to extract the billet it is possible to increase the casting speed is increased the productivity, and the subsequent step there is an advantage that can reduce heating and holding time.

또한, 본 발명은 기계적 교반을 임펠러로 행하는 것을 특징으로 하고 있는데, 그 이유는 커버를 관통하여 용탕에 삽입하고, 빌렛의 응고속도에 맞춰 이동하는 것이 용이하기 때문이다. In addition, the present invention will be based on said performing mechanical agitation with an impeller, because it is easy to pass through the cover that is inserted into the molten metal, and movement according to the solidification speed of the billet. 임펠러는 도6a에 나타난 바와 같이 스텐레스강으로 만든 레버(21)에 작은 임펠러(22)를 단 교반장치로서 모터에 의해 작동되도록 되어있으며, 임펠러를 도가니 커버(3)를 관통하여 용탕에 삽입하고 빌렛이 응고되는 속도에 맞춰 이동하는 이유는 합금성분이 균일하게 분산 고용되는 것을 촉진함은 물론 용해 중에 용탕을 교반하는 과정을 생략할 수 있는 이점이 있기 때문이다. The impeller is inserted in the molten metal to pass through the lever 21, the crucible cover (3) adapted to be actuated by a motor, the impeller material as a stirrer a small impeller 22 made from stainless steel, as shown in Figure 6a and the billet the reason for coagulation according to the moving speed that is because an advantage that is possible to omit the step of also facilitating that the alloy ingredient is uniformly dispersed, as well as employment stirring the molten metal during melting.

본 발명에 사용되는 임펠러(22)는 다른 금속이나 세라믹재료, 복합재료를 사용하거나 임펠러에 다른 재료를 증착, 도금, 침투하거나 용사코팅하는 것도 본 발명의 범주에 포함된다. The impeller 22 used in the present invention include other metals or ceramic materials, also using a composite material, or depositing a different material in the impeller, plating, thermal spray coating, or penetrate the scope of the invention. 임펠러의 직경은 빌렛 직경의 1/5~2/3로 하며, 이보다 크면 부하로 인해 대형모터를 요구하게 되므로 제한한다. It restricts the diameter of the impeller is in the 1/5 ~ 2/3 of the diameter of the billet, and so due to a larger load than that required a large motor. 또한 빌렛 직경의 1/5미만에서는 교반효과가 미미하여 편석방지에 부적합하므로 제한한다. In addition, it is less than 1/5 of the billet diameter is limited because the stirring effect mimihayeo irrelevant whether the release side.

또한, 본 발명에서는 주형(1)의 표면을 냉각하여 빌렛(2)을 주조할 때, 주형을 통과하여 추출되는 빌렛의 표면온도가 350℃이하로 냉각될 때까지 냉매(물, 수용성 폴리머, 열매체유, 질소, 아르곤, 공기, 증기와 같은 유체 또는 이들의 혼합물)를 주형에 접하도록 냉각 자켓을 설치하여 순환시키거나, 주형과 빌렛의 표면에 냉매(7)를 15~70° 각도로 접하도록 분사하여 250~900℃/분의 냉각속도로 조절하는 것을 특징으로 하는데, 냉매분사 각도를 정하는 이유는 15°미만에서는 냉매 중 일부가 분사되면서 주형과 빌렛 표면에 접하지 않을 우려가 있으며, 70°를 초과하면 주형과 빌렛 표면에 맞고 튀어나오는 냉매입자들이 냉매의 원활한 흐름을 방해하여 주형과 빌렛 표면이 빠르고 균일하게 냉각될 수 없기 때문이다. In the present invention, the cooling medium (water, water-soluble polymer, the heating medium until it is cooled below a surface temperature of 350 ℃ of the billet is extracted, through a mold when casting the billet (2) to cool the surface of the mold (1) oil, in contact with a coolant 7, nitrogen, argon, air, either by installing a fluid or a cooling jacket so as to contact the mixture thereof) in a mold, such as a steam cycle, or to the surface of the mold and the billet at an angle of 15 ~ 70 ° injection and to characterized in that the adjustment to the 250 ~ 900 ℃ / min cooling rate, the reason to set the coolant emission angle as it is less than 15 °, some of the coolant, and the risk is not in contact with the mold and the billet surface, 70 ° exceeding the refrigerant is because the particles coming out rebounded off the mold and the billet surface may be the surface of the mold and billet to interfere with the smooth flow of the refrigerant cooling quickly and evenly. 또한 냉각속도를 조절하는 이유는 만약 250℃/분 보다 냉각속도가 낮으면 응고 중에 빌렛 중심부에 편석부가 잔류하여 고온에서 압출품의 소성가공성을 불균일하게 하고 불량이 발생하는 원인이 될 수 있으며, 냉각속도가 900℃/분 보다 빠르면 빌렛표면에 셸의 두께가 지나치게 증가하여 절삭양이 늘어나고 표면에 수축응력으로 인한 균열이 생길 수 있기 때문이다. The reason for also controlling the cooling rate may be a cause of, if the the 250 ℃ / min than the side seokbu remaining in the billet center in the solidification cooling rate is lower non-uniform the plastic working property product extruded at high temperature, and defects, cooling this is because this rate is increasing faster than 900 ℃ / minute cutting amount to increase the thickness of the shell over the surface of the billet could result in a crack due to shrinkage stress on the surface.

본 발명에서는 직경 100mm 이상의 상용 사이즈인 빌렛을 제조할 때 250~900℃/분, 바람직하게는 300~600℃/분의 냉각속도가 중심부 편석이나 표면균열없이 치밀하게 조직이 형성되는 것으로 확인되었다. In the present invention, it was found to be the 250 ~ 900 ℃ / min, preferably tightly organizations of 300 ~ 600 ℃ / min cooling rate of the center piece seokyina surface cracks at the time of manufacture for commercial size of the billet diameter of more than 100mm is formed.

또한 본 발명은 주형(1)에 커버(3)를 씌우되, 커버에는 도6b에 나타난 바와 같이, 임펠러 삽입이나 용탕을 주입하기 위한 관통구(11)가 하나 이상 형성되고 차폐가스 배관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있는데, In another aspect, the present invention described above, the through-hole 11 for injecting the impeller insertion or molten form at least one is a shielding gas pipe is installed as shown in Figure 6b, the woodoe Put the cover 3 in the mold 1, the cover There is characterized in that,

커버(3)를 설치하는 이유는 커버를 통하여 임펠러를 안정적으로 설치하고, 용탕을 대기로부터 효율적으로 차단하여 작업의 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있기 때문이다. The reason for installing the cover 3 is that it is an advantage to install the impeller reliably through the cover, and the melt effectively blocked from the atmosphere to maximize the efficiency of the operation.

이때 커버에 형성된 임펠러 삽입용 관통구(11)는 연속주조장치의 주형(1)의 경우, 턴디쉬로 연결되는 용탕 주입구(5)를 중앙에 설치하고 임펠러 삽입용 관통구(11)를 한 쪽으로 치우쳐 설치할 수도 있다. The impeller insertion through-hole 11 formed on the cover to one side of the mold 1 in the case, the tundish install the melt inlet (5) through to the center and through for the impeller insertion opening (11) of the continuous casting apparatus It may be shifted to install. 물론 이들의 위치를 바꾼다고 해서 효과가 줄어들지는 않는다. Of course it bakkundago their position to do the effect is reduced.

커버(3)는 도6b에 나타난 바와 같이 고정식 커버(12)와 탈착식 커버(13)로 이루어지고, The cover 3 is formed of a stationary cover 12 and a removable cover 13 as shown in Figure 6b,

탈착식 커버(13)는 아랫면에 탈착턱(16)을 가져 고정식 커버(12)의 내접원에 고정할 수 있게 하며, 임펠러 날개가 통과하기에 충분한 직경인 관통구(11)를 가진다. Removable cover 13 may take a removable jaw (16) on the underside and can be fixed on the inscribed circle of the stationary cover 12, and has a sufficient diameter of the through-hole 11 to the impeller blades pass. 또한 탈착식 커버는 관통구(11)를 중심으로 이분할하여 분할과 탈착이 가능하도록 분리하여 설치되며, 관통구(11)는 임펠러의 축이 통과할 정도의 내경을 가진다. In addition, a removable cover and is divided into a center through-hole 11 is installed separately to allow division and desorption, through-hole 11 has the enough to pass through the inner diameter of the impeller shaft. 탈착식 커버(13)는 하면에 탈착턱(16)이 형성되어 있어 고정식 커버(12)에 고정되며 필요시에는 분할면에 다우얼과 핀, 또는 서로 결합되는 요철을 형성하여 조립될 수 있게 하여 이탈이나 분리를 방지한다. Removable cover 13 there is removable jaw (16) on the bottom is formed is fixed to a stationary cover 12 to be able to be assembled is formed a dowel and pin, or the concave-convex engaged with each other in the division plane as required departure to prevent or remove. 만약 임펠러 직경에 비해 주형의 직경이 크게 차이 나지 않을 정도라면 커버는 탈착식 한조만으로 구성될 수 있다. If the diameter of the mold extent not recall significant difference compared to the diameter of the impeller cover it may be composed only of a removable constraint.

고정식 커버(12)는 아랫면에 고정턱(15)을 가져 주형의 내접원에 고정할 수 있게 하며, 중앙부는 탈착식 커버(13)를 고정시킬 수 있도록 공간부가 형성되어 있다. Stationary cover 12 is brought to the fixed jaw (15) on the underside and can be fixed on the inscribed circle of the mold, the central portion has additional space is provided to lock the removable cover 13.

또한 커버(3)에는 필요시 차폐가스 주입을 위한 가스 주입구와 용탕주입구를 추가로 형성할 수 있다. In addition, the cover 3 can be formed by adding a gas inlet and a molten metal injection hole for injecting a shielding gas, if necessary. 이들 주입구의 위치는 중앙이나 한 쪽에 치우쳐 있거나 임펠러 관통구와 위치를 바꾸어도 효과에는 차이가 없다. The positions of these inlets is shifted to one side or the center or bakkueodo the sphere and through the impeller position effect there is no difference.

본 발명에서는 도 5와 같이 간단한 장치로 기계적 교반만을 행해도 응고속도의 향상으로 주조 생산성을 향상시키면서도 편석을 줄이고 균일한 조직을 얻을 수 있지만, 도4에 나타난 바와 같이, 주형 주변에 1000A 이하의 저출력 EMC를 설치하여 기계적 교반과 함께 동시에 실시할 수도 있고, 이 경우 교반의 효과를 극대화 시킬 수 있다. As described in the present invention appeared to be carried out only mechanical stirring with a simple apparatus as shown in FIG. 5 improves the casting productivity by improvement in the solidification rate while still Figure 4, but to obtain a uniform structure, reducing the segregation, the low output of less than 1000A around the mold It may be carried out by installing the EMC at the same time with mechanical agitation, and in this case it is possible to maximize the effectiveness of the stirring.

이와 같은 공정에 의해 제조된 빌렛의 성분조성이 표2에 나타나 있고, 그 빌렛의 중심부 주조조직사진이 도9에 나타나 있으며, 종래기술로 제조된 빌렛의 중심부 주조조직 사진이 도8에 나타나 있는데, 표2에서 보듯 1번 빌렛은 상하부의 성분차이 합이 0.37%, 2번 빌렛은 0.35%에 그쳐 균일한 조성으로 빌렛이 제조되었음을 보여주고 있으며, 도9에 나타난 바와 같이 본 발명으로 제조된 빌렛의 중심부 주조조직이 도8의 종래 기술로 제조된 빌렛 중심부 조직사진에 나타난 것보다 미세 석출물들이 보다 균일하게 분포한 것을 볼 수 있다. In this and the composition of the billet manufactured by the same process shown in Table 2, and shown in Fig. This photo central cast structure of the billet 9, there is a photo central cast structure of the billet it is made of the prior art shown in 8, as shown No. 1 in Table 2, the billet is of a billet produced in the present invention as shown in the 0.37% component differences of the upper and lower sum, one second billet has shown that the mere billet is made of a uniform composition to 0.35%, 9 Central cast structure than is shown in the billets do heart tissue made of a photo of the prior art 8 it can be seen that the fine precipitates are more uniformly distributed.

성분원소 Constituent elements 1번 빌렛 No. 1 billet 2번 빌렛 2 Billets
상부 Top 아연(%) zinc(%) 4.7 4.7 4.3 4.3
이트륨(%) yttrium(%) 0.95 0.95 1.39 1.39
하부 bottom
아연(%) zinc(%) 4.6 4.6 4.1 4.1
이트륨(%) yttrium(%) 1.22 1.22 1.24 1.24

또한, 도10에는 본 발명의 빌렛을 200℃(위)와 250℃에서 압출한 압출재들의 외관사진이 나타나 있으며, 도11에는 압출재의 단면에 대한 조직사진으로 좌측은 중앙부의 단면, 우측은 압출재의 가장자리 조직사진이 나타나 있고, 도12에는 5mm 두께의 압출상태에서 가공한 시편(5t)과 이 소재의 양면을 1.5mm씩 절삭 가공하여 얻은 2mm 두께 판재 시편(2t)의 인장시험결과가 나타나 있다. In addition, FIG 10 shows the tissue photographs of the cross section of which the exteriors of the extruded material extruding a billet of the present invention at 200 ℃ (above) and 250 ℃ shown, in Figure 11 the extruded material left of the cross section, and the right extruded material of the central portion and a tissue edge picture shown, Fig. 12 shows the tensile test results of specimens (5t) and a 2mm thick plate specimen (2t) obtained by the double-sided machining of the material by 1.5mm cutting in the extrusion processing conditions of 5mm thick appeared.

도10 및 도11에 따르면 본 실시예로 제조된 빌렛으로 압출한 압출재들이 변형이 적고 미려한 외관을 얻을 수 있도록 된 균일한 조직임을 알 수 있고, 도12에 따르면 본 발명의 압출재를 절삭가공하여 얻은 시편의 인장시험결과 소성가공성이 우수함을 알 수 있다. Referring to Figure 10 and may have also an extruded material extruded into a billet made of the embodiment according to 11 seen that a uniform tissue so that less strain to obtain a beautiful appearance, Figure 12 is obtained by processing the extruded material of the present invention the cutting it can be seen that the tensile test specimens excellent plastic working property.

따라서 본 발명에 의해 제조된 빌렛은 기계적 교반에 의해 비중이 큰 원소들의 균일 분포가 가능하고, 이에 따라 미세 고온석출물의 균일 분산이 이루어져 가공경화성과 소성가공성이 우수하여 압출용으로 사용시 우수한 성능을 나타내게 된다. Thus the billets produced by the present invention by specific gravity and the uniform distribution of a large element can be, so that the uniform dispersion of the fine hot precipitates made in accordance with excellent machining curing the plastic working property exhibits excellent performance when used for extrusion by mechanical stirring do.

1 : 주형 2: 빌렛 3: 커버 1: mold 2: billet 3: Cover
4 : 차폐가스 5 : 용탕주입구 6 : 더미블록 4: a shielding gas 5: molten metal inlet 6: dummy block
7 : 냉매 8 : 머쉬존 11 : 관통구 7: 8 Refrigerant: meoswi zone 11: through-hole
12 : 고정식 커버 13 : 탈착식 커버 15 : 고정턱 12: stationary cover 13: a removable cover 15: fixing jaw
16 : 탈착턱 22 : 임펠러 16: Removable jaw 22: impeller

Claims (1)

  1. 용해로에서 아연과 이트륨을 함유한 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 단계, Step for preparing a magnesium alloy molten metal containing zinc and yttrium in the melting furnace,
    상기 마그네슘 합금 용탕을 연속주조장치의 빌렛주조용 주형 상부에 설치된 커버의 용탕주입구를 통하여 주입하면서 가스배관을 통하여 차폐가스를 주입하는 단계, The method comprising the magnesium alloy molten metal injected into the shielding gas were injected through a molten metal injection hole of the cover provided on the upper casting mold of the continuous casting billet main device through a gas pipe,
    상기 용탕이 주입된 빌렛주조용 주형의 표면온도가 350℃이하로 냉각되도록 주형의 표면에 15~70도 각도로 냉매를 분사하여 250~900℃/분의 속도로 냉각시키는 단계, The step of the surface temperature of the molten metal is injected into the casting mold to emit the coolant 15 to 70 degree angle to the surface of the mold to cool to below 350 ℃ cooling at a rate of 250 ~ 900 ℃ / min,
    상기 주형의 냉각단계 중에 주형의 상부커버에 형성된 임펠러 삽입용 관통구를 통하여 임펠러를 용탕이 응고하는 머쉬존에 삽입하여 교반하는 단계, The step of stirring by inserting the impeller through the impeller inserted into the through hole formed on the upper cover of the mold in which the molten metal solidifies meoswi zone during the cooling step of the mold,
    상기 교반된 용탕이 응고되면서 빌렛으로 제조되고, 응고된 빌렛은 더미블록에 연이어 추출되면서 연속적으로 주조하는 단계로 As the solidification of the molten metal stirring is made of the billet, the billet is a step of solidifying cast successively extracted one after another as the dummy block
    구성된 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법. The method of the extruded magnesium alloy billet for, characterized in that configured.
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