KR970003119B1 - Method of manufacturing composite materials - Google Patents
Method of manufacturing composite materials Download PDFInfo
- Publication number
- KR970003119B1 KR970003119B1 KR1019940008666A KR19940008666A KR970003119B1 KR 970003119 B1 KR970003119 B1 KR 970003119B1 KR 1019940008666 A KR1019940008666 A KR 1019940008666A KR 19940008666 A KR19940008666 A KR 19940008666A KR 970003119 B1 KR970003119 B1 KR 970003119B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- molten metal
- preform
- mold
- metal
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
- B22D18/02—Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D21/00—Casting non-ferrous metals or metallic compounds so far as their metallurgical properties are of importance for the casting procedure; Selection of compositions therefor
- B22D21/002—Castings of light metals
- B22D21/007—Castings of light metals with low melting point, e.g. Al 659 degrees C, Mg 650 degrees C
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Forging (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
Abstract
Description
제1도는 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조과정을 개략적으로 보인것으로,1 is a schematic view showing the manufacturing process of the metal composite material by the molten metal forging method,
a는 직접 가압식이고,a is directly pressurized,
b는 간접 가압식이다.b is indirect pressurization.
제2도는 간접 가압식 용탕 단조법에 의해 제조된 사필(Saffil, 95%Al2O3-5%Al2O3)-AC8A 알루미늄 복하재료의 육안 조직에 대한 사진으로,Figure 2 is a photograph of the naked eye structure of the saffil (95% Al 2 O 3 -5% Al 2 O 3 ) -AC8A aluminum composite material prepared by indirect pressure melt forging method,
a는 예비성형체의 온도가 상온일때,a is the temperature of the preform at room temperature,
b는 예비성형체의 온도가 200℃일때,b is when the temperature of the preform is 200 ℃,
c는 예비성형체의 온도가 500℃일때이다.c is when the temperature of a preform is 500 degreeC.
제3도는 제2도의 a, b, c에 나타나 있는 알루미늄 복합재료에 대한 미세 조직 확대 사진이다.3 is an enlarged photograph of the microstructure of the aluminum composite shown in a, b, and c of FIG.
제4도는 제2도의 a, b, c에 나타나 있는 알루미늄 복합재료들의 주조 표면에서 내부로 가면서 측정한 경도값을 나타낸 도면이다.4 is a diagram showing hardness values measured inward from the casting surface of the aluminum composite materials shown in a, b, and c of FIG.
제5도는 제2도의 a, b, c에 나타나있는 알루미늄 복합재료들과 알루미늄 기지재에 대한 건식 마모 시험결과를 비교하여 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing a comparison of the dry wear test results for the aluminum composite materials and the aluminum composite materials shown in a, b, c of FIG.
제6도는 간접 가압식 용탕 단조법에 의해 제조된 카울(Kaowool, 51%Al2O3-49%Al2O3)-AC8A알루미늄 복합재료의 육안조직에 대한 사진으로,FIG. 6 is a photograph of a naked eye structure of a kaowool (51% Al 2 O 3 -49% Al 2 O 3 ) -AC8A aluminum composite prepared by indirect pressure melt forging.
a는 예비성형체의 온도가 상온일때,a is the temperature of the preform at room temperature,
b는 예비성형체의 온도가 550℃일때이다.b is when the temperature of a preform is 550 degreeC.
제7도는 제6도의 a, b에 나타나 있는 알루미늄 복합재료에 대한 미세 조직 확대 사진이다.FIG. 7 is an enlarged photograph of the microstructure of the aluminum composite shown in a and b of FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 가압펀치 2 : 금형1: pressure punch 2: mold
3 : 용융금속 4 : 금형3: molten metal 4: mold
5 : 용융금속 6 : 주탕 슬리브5: molten metal 6: pouring sleeve
7 : 가압 플런저7: pressurized plunger
본 발명은 용탕 단조법에 의한 금속복합재료(Metal Matrix Composite : MMC)의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 상온 또는 금형 온도 이하의 온도를 유지하는 다공성 세라믹 예비성형체를 금형내에 장입하고 간접 가압식 용탕 단조법으로 용융 금속을 일정한 속도와 압력으로 금형 공간 안으로 사출 및 가압함으로써 우수한 기계적 특성을 갖는 금속복합재료를 경제적으로 제조할 수 있도록 한 간접 가압식 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a metal matrix composite (MMC) by a forging method, in particular a porous ceramic preform that maintains a temperature below room temperature or a mold temperature in the mold and indirect pressure melt forging method The present invention relates to a method for producing a metal composite material by indirect pressurized molten metal forging method which can economically produce a metal composite material having excellent mechanical properties by injecting and pressing molten metal into a mold space at a constant speed and pressure.
일반적으로 용융금속과 세라믹이나 기타 강화용 소재로 이루어진 다공성 예비성형체를 결합하여 금속복합재료를 제조하는 방법은 가스 압력을 이용하여 용융금속을 예비성형체 속으로 가압 충진하는 법과 기계적인 방법으로 용융금속을 예비성형체 안으로 고속 고압으로 충진하는 법의 두가지 형태로 구분된다.In general, a method of manufacturing a metal composite material by combining a molten metal with a porous preform made of ceramic or other reinforcing materials is to press-fill the molten metal into the preform using gas pressure and mechanically There are two types of filling into the preform at high speed and high pressure.
이들 두가지 형태의 금속복합재료 제조 방법중에서 후자의 제조방법으로서 용융 또는 반용융 상태의 금속을 50-150MPa정도의 고압으로 기계적으로 저속 사출가압하는 주조법은 용탕 단조법으로 불리워지고 있다.Among these two types of metal composite material manufacturing methods, the latter method of manufacturing a molten or semi-melted metal is a casting method of mechanically low-speed injection pressurization at a high pressure of about 50-150 MPa.
이러한 용탕 단조법은 금속의 응고중에 고압이 가해지므로 주조결함의 발생이 억제되고 치밀하고 건전한 주물을 얻을 수 있는 장점을 지니고 있으며, 또한 가압력에 의해 용융금속을 젖음성(Wettability)이 좋지 않은 세라믹 섬유나 휘스커 강화재와 치밀하게 접합이 이루어지도록 하는 효과가 있다.Since the high pressure is applied during the solidification of the metal, the molten metal forging method has the advantage of suppressing the occurrence of casting defects and obtaining compact and sound castings. It is effective to closely bond with the whisker reinforcement.
용탕 단조법이 지니고 있는 상기 특성에 기인하여 용탕 단조법은 우수한 기계적인 특성이 요구되는 용도의 금속복합재료의 제조에 많이 응용되고 있는데, 그 대표적인 실용화의 예로는 자동차용 엔진 피스톤의 세라믹 복합화를 들 수 있다.Due to the above characteristics of the molten metal forging method, the molten metal forging method has been widely applied to the production of metal composite materials for applications requiring excellent mechanical properties. An example of the practical application is the ceramic compounding of an engine piston for an automobile. Can be.
용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조방법에 관한 공지문헌으로서 일본공개특허공보 소62-67135호가 알려져 있는 바, 이에 나타나 있는 사항을 참조하여 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조과정을 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 62-67135 is known as a well-known document on a method for producing a metal composite material by a molten metal forging method. Looking at it as follows.
먼저, 다공성 세라믹 예비성형체의 제조 과정으로서, 세라믹 섬유나 입자강화재에 용매와 바인더를 첨가하여 충분히 혼합한 후에 이를 소정 형상의 틀에 주입한 다음 용매를 제거함에 의해 예비성형체가 얻어지게 된다. 이때 예비성형체는 부피분율로 80∼90%의 공간이 존재하도록 하는 것이 바람직하다.First, as a manufacturing process of the porous ceramic preform, a preform is obtained by adding a solvent and a binder to a ceramic fiber or a particle reinforcing material and mixing it sufficiently, and then injecting it into a mold of a predetermined shape and then removing the solvent. In this case, it is preferable that the preform has a volume of 80 to 90% by volume.
다음, 예비성형체를 일정온도로 가열하여 준비된 금형에 장입한 후 금형 내부로 용융 금속을 주입하고 가압 펀치에 고압을 가하여 예비성형체안으로 용융금속의 침투가 이루어지도록 함으로써 금속복합재료의 제조가 완료된다.Next, the preform is heated to a predetermined temperature and charged into a prepared mold, followed by injecting molten metal into the mold and applying a high pressure to a press punch to allow penetration of the molten metal into the preform, thereby completing the production of the metal composite material.
이와같은 용탕 단조법은 가압방식에 따라 제1도의 a, b로 도시된 바와 같이 직접 가압식과 간접 가압식의 두가지 형태로 구분되는데, 이들 두 방식에 대하여 설명하면 다음과 같다.The molten metal forging method is classified into two types, a direct pressurization type and an indirect pressurization type, as shown by a and b in FIG. 1 according to a pressurizing method.
먼저, 제1도의 a에 나타나 있는 직접 가압식 용탕 단조법은 초기에 개발된 방법으로서 수직 가압 프레스 장치(도면 미도시)를 이용하며 준비된 금형(2)에 용융 금속(3)을 주입한 후 상부에 위치하는 가압 펀치(1)를 이용하여 가압을 행함으로써 용융 금속(3)을 가압 응고시키게 된다.First, the direct pressure melt forging method shown in a of FIG. 1 is an initially developed method using a vertical pressure press device (not shown) and injecting molten metal 3 into the prepared mold 2 and then applying the molten metal 3 to the upper portion. The molten metal 3 is press-solidified by pressurizing using the press punch 1 located.
한편, 이에 대비되는 제1도의 b에 도시된 바의 간접 가압식 용탕 단조법은 먼저 주탕 슬리브(6) 내부에 용융 금속(5)을 주입한 다음 가압 플런지(7)를 이용하여 금형(4) 내부로 용융 금속(5)을 완전히 충진함과 동시에 가압 상태를 유지시켜 용융 금속(5)의 응고가 완료되도록 한 것이다.On the other hand, in contrast, indirect pressurized molten metal forging as shown in b of FIG. 1 first injects molten metal 5 into the pouring sleeve 6 and then uses the pressurized plunge 7 to mold the mold 4. The solidification of the molten metal 5 is completed by completely filling the molten metal 5 therein and maintaining a pressurized state.
이들 두가지 형태의 용탕 단조법에서 전자의 직접 가압식은 장치가 간단하고 가압력이 용융 금속에 보다 효과적으로 작용한다는 장점이 있긴 하나, 금형에 용탕을 주입한 후 가압 개시까지의 지체 시간동안에 금형 표면에서 용융 금속의 응고가 일어나고 또한 예비성형체의 표면에서도 응고가 진행될 우려가 높다는 단점을 지니고 있다.In these two types of melt forging, the direct pressurization of electrons has the advantage that the device is simple and the pressing force acts more effectively on the molten metal, but the molten metal on the surface of the mold during the delay time after injecting the molten metal into the mold until the start of pressurization There is a high possibility that solidification occurs and there is a high possibility of solidification progressing on the surface of the preform.
따라서 직접 가압식 용탕 단조법으로 제조가능한 주물은 형상이 단순하면서도 두꺼운 건만에 한정되는 제약이 있으며 자동화가 곤란하여 대량생산에는 부적합하다는 면이 있기 때문에 이 방식은 주로 시제품의 소량 제조나 소량 다품종 생산에 국한하여 적용되고 있는 실정이다.Therefore, castings that can be manufactured by direct pressure molten metal forging method are limited to simple but thick guns and are difficult to automate, so they are not suitable for mass production. This method is mainly limited to the production of small quantities of prototypes or the production of small quantities of various products. The situation is being applied.
반면에, 후자의 간접 가압식 용탕 단조법은 용탕이 금형 내부에 채워지자마자 가압이 개시될 수 있어 용탕 주입과 가압 개시 시간 사이의 지체시간이 발생되는 것을 없앨 수 있으므로 해서 용융 금속이 금형표면이나 예비성형체의 표면에서 응고되는 것을 가능한 한 억제해 주고 용탕의 유동을 원활하게 할 수 있다는 장점을 지니고 있다.On the other hand, the latter indirect pressurized forging method can start pressurizing as soon as the molten metal is filled into the mold, eliminating the delay time between pouring and pressing start time, so that the molten metal can be removed from the mold surface or preform. It has the advantage of suppressing solidification on the surface of the metal as much as possible and smoothing the flow of the molten metal.
또한, 간접 가압식은 용탕의 사출 속도와 가압력을 임의로 조절하는 것이 가능하므로 다양한 형상과 크기의 주조품의 양산화가 가능함에 기인하여 현재 공업화되고 있는 자동차용 알루미늄휠이나 피스톤등의 용탕 단조제품들은 주로 간접 가압식 용탕 단조법에 의해 제조되고 있다[참조 : 일본, 자동차기술, 제35권(1980) 749페이지].In addition, the indirect pressurization can arbitrarily control the injection speed and the pressing force of the molten metal, which allows mass production of castings of various shapes and sizes. Thus, forging products such as aluminum wheels and pistons for automobiles, which are currently industrialized, are mainly indirect pressurization. It is manufactured by a molten metal forging method (cf. Japan, Automotive Technology, Vol. 35, 1980, p. 749).
현재까지 알려진 바의 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조조건과 제조방법에 관한 특허문헌으로는 일본공개특허공보 소47-32078, 일본공개특허공보 소57-31467, 일본공개특허공보 소56-68576, 일본특허공보 소53-12446 및 미국특허 제3,695,335호등이 있는데, 이들 모두는 직접 가압식 제조기술에 관한 것이다. 이들 기존의 특허 문헌에서는 직접 가압 방식이 장치가 간단하고 금속복합재료의 제조가능성만을 확인하는 경우이므로 주로 이 방식을 채용하고 있다.Patent documents related to the manufacturing conditions and manufacturing methods of metal composite materials by the molten metal forging method known to date are Japanese Patent Laid-Open No. 47-32078, Japanese Patent Laid-Open No. 57-31467, and Japanese Patent Laid-Open No. 56- 68576, Japanese Patent Application Laid-Open No. 53-12446, and US Patent No. 3,695,335, and the like, all of which relate to a direct pressurized manufacturing technique. In these existing patent documents, the direct press method is mainly employed because it is a case where the apparatus is simple and only the manufacturability of the metal composite material is confirmed.
그러나, 실제에 있어서 제조하고자 하는 제품의 형상이 단순하지 않은 경우나 생산성 및 제조 비용면에서는 직접 가압 방식을 적용하기가 어려운 경우가 많이 존재한다.In practice, however, there are many cases where the shape of the product to be manufactured is not simple or it is difficult to apply the direct pressurization method in terms of productivity and manufacturing cost.
그런데, 직접 가압 방식에서는 제조하기 곤란한 제품인 경우라도 간접 가압 방식을 채택하는 경우에는 제조가 가능해질 수 있음에 따라 현실적으로는 고품질의 금속복합재료를 대량 생산할 수 있도록 한 간접 가압식 용탕 단조법의 개발이 요구되고 있다.However, even in the case of a product that is difficult to manufacture in the direct press method, if the indirect pressurization method is adopted, manufacturing is possible, and in reality, it is required to develop an indirect pressurized molten metal forging method capable of mass production of high quality metal composite materials. It is becoming.
한편, 알루미늄이나 마그네슘을 기지금속으로 하는 경우 직접가압방식의 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 통상적인 제조조건은, 세라믹 예비성형체의 예열 온도 450∼750℃, 주형 온도 400∼500℃, 용탕 온도는 660∼850℃이고 가압 압력은 50∼100MPa로 설정하고 있는 것으로 알려지고 있다.On the other hand, in the case of using aluminum or magnesium as a base metal, the general manufacturing conditions of the metal composite material by the direct pressure molten metal forging method are preheating temperature of 450 to 750 ° C, mold temperature of 400 to 500 ° C, and melting temperature of the ceramic preform. It is known that is set to 660-850 degreeC, and pressurization pressure is set to 50-100 MPa.
그리고 최근에 발행된 한국특허공보 93-8458호에서는 "(기지금속의 용융점 -50℃)∼기지금속의 용융점"의 범위로 유지하였을 때 강화융 복합재와 금속간의 계면성질이 우수하여 높은 인장강도의 알루미늄 금속복합재료가 얻어지는 것으로 기술하고 있다.In addition, in Korean Patent Publication No. 93-8458 issued recently, it is excellent in the interfacial property between the reinforced melt composite material and the metal when it is maintained in the range of "(melting point of the base metal -50 ° C) to the melting point of the base metal". It is described that an aluminum metal composite material is obtained.
그러나, 이와같은 직접 가압 방식의 용탕 단조법에 의한 금속복합재료 제조조건은 간접 가압 방식의 용탕 단조 제조 조건[즉, 용탕온도 : 기지금속의 융점 이상 50∼150℃, 용탕의 가압 속도 : 50∼50mm/sec, 가압력 : 50∼200MPa, 금형온도 : 150∼300℃]에 비해서 용융 금속의 산화 위험성, 금형과 주조 금속의 소착문제, 금형의 수명 감소 및 용탕과 금형의 적정온도 관리등의 면에서 뒤떨어지기 때문에 양산화로서는 문제점이 많다.However, the conditions for manufacturing the metal composite material by the direct forging method of the molten metal are the conditions for manufacturing the forging of the indirect pressurization method (ie, melt temperature: 50 to 150 ° C. or more above the melting point of the base metal, and pressurization rate of the melt: 50 to 50mm / sec, pressing force: 50 ~ 200MPa, mold temperature: 150 ~ 300 ℃] in terms of risk of oxidation of molten metal, problem of sintering of mold and cast metal, reduction of mold life and proper temperature management of molten metal and mold. Since it is inferior, there are many problems for mass production.
그러나, 간접 가압식 용탕 단조법에서는 용탕을 금형 공간 및 예비성형체로 충진할 때 속도와 압력을 임의로 제어할 수 있기 때문에 용융 금속과 예비성형체간의 접촉시간을 짧게 하면서 고속으로 용융 고속이 충진됨에 따라 상기 직접 가압 방식에 비해 제조 온도(주입 온도, 금형 온도)를 낮추면서도 효과적으로 금속복합재료의 제조가 가능하다.However, in the indirect pressurized molten metal forging method, since the speed and pressure can be arbitrarily controlled when the molten metal is filled into the mold space and the preform, the direct melting process is performed at high speed while the contact time between the molten metal and the preform is shortened. Compared to the pressurization method, the production temperature (injection temperature, mold temperature) can be lowered and the metal composite material can be effectively produced.
따라서, 본 발명은 간접 가압식 용탕 단조법을 이용하여 금속복합재료를 제조함에 있어서 상온 또는 금형 온도(250℃) 이하의 예비성형체를 금형내에 장입하고 용융 금속을 일정한 속도와 압력으로 금형 공간안으로 사출 및 가압하여 내마모성과 치밀한 복합화조직을 갖는 금속복합재 주물을 제조할 수 있도록 한 간접 가압기 용탕 단조법에 의한 금속복합재료의 제조 방법을 제공하는데 목적을 두고 있다.Accordingly, in the present invention, in preparing a metal composite material by using an indirect pressure melt forging method, a preform having a room temperature or a mold temperature (250 ° C.) or less is charged into a mold, and molten metal is injected into the mold space at a constant speed and pressure. It is an object of the present invention to provide a method for producing a metal composite material by an indirect press molten metal forging method which can be pressurized to produce a metal composite casting having wear resistance and a dense complex structure.
즉, 본 발명은 전반적으로 기존의 일반적인 간접 가압식 용탕 단조 제조 조건을 적용하면서 용탕의 가압속도를 50∼500mm/sec의 범위로 하여 용탕 단조법의 특징인 조직 미세화, 주조 결함 억제, 제조 시간 단축 및 기계적 성질 향상등을 도모하여 양호한 품질을 같은 금속복합재료를 경제적으로 양산할 수 있도록 한데에 기술적 특징이 있다.That is, the present invention is generally applied to the conventional indirect pressure melt forging manufacturing conditions, while the pressure of the melt in the range of 50 ~ 500mm / sec, the microstructure of the melt forging method, suppression of casting defects, shortening the production time and In order to improve mechanical properties, it is possible to economically mass produce the same metal composite material with good quality.
본 발명은 특히 알루미늄계 및 마그네슘계 복합재료 제품의 제조에 적합하다.The present invention is particularly suitable for the production of aluminum and magnesium based composite products.
본 발명의 간접 가압식 금속복합재료 제조과정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the indirect pressurized metal composite material manufacturing process of the present invention will be described in detail.
용탕 단조법을 이용한 금속복합재료 제조시 용융 금속이 예비성형체 안으로 침투되기 위해서는 용융 금속의 유속이 다공성 예비성형체 구조로 인한 흐름저항을 이기고 나갈 수 있을 정도로 유지되어야 함은 물른 용융 금속의 운동력이 예비성형체의 최후방 위치까지 지속되어야 하고, 이에 더하여 예비성형체에 침투된 용융 금속의 응고가 진행되거나 온도강하가 일어나서 용융 금속의 계속적인 유동을 저지하기 전에 신속하게 용융 금속을 전체 예비성형체에 침투시켜야 할 것이 요구된다.In order to inject molten metal into the preform during the manufacture of the metal composite material using the molten metal forging method, the molten metal's kinetic force must be maintained to overcome the flow resistance due to the porous preform structure. It should be continued to the rearmost position of, and in addition, the molten metal must be rapidly penetrated into the entire preform before solidification of the molten metal that has penetrated the preform proceeds or a temperature drop occurs to prevent the continuous flow of molten metal. Required.
이와같은 요건에 기인하여 금형 내부로 용탕을 중력주입하고 일정시간이 지체된 뒤에 저속으로 가압을 행하는 직접 가압식 용탕단조에 의한 금속복합재료의 제조를 위해서는 용융 금속의 온도저하를 억제하고 가압시까지 예비성형체에로의 침투에 필요한 용탕침투성을 확보하기 위한 방편으로 금형 온도와 예비성형체의 온도를 가능한 한 높게 유지하여야만 한다.Due to these requirements, the temperature reduction of molten metal is suppressed and preliminary until the pressurization for the production of the metal composite material by the direct pressure melt forging, which gravity-injects the molten metal into the mold and pressurizes at a low speed after a certain time delay. As a means of securing melt permeability necessary for penetration into the molded body, the mold temperature and the temperature of the preform should be kept as high as possible.
즉, 직접 가압식 용탕단조시에는 예비성형체를 예열하여 줌으로써 용융금속이 침투되면서 최종부위에 이르기 전에 앞부분에서 응고가 많이 진행되거나 일부 용융 금속에 대한 응고가 진행되어 나머지 용융 금속의 침투를 방해하는 현상을 억제시켜야 한다.In other words, during direct pressurized molten metal forging, the preform is preheated so that molten metal penetrates and solidifies in the front part or solidifies to some molten metal before it reaches the final part, thereby preventing the penetration of the remaining molten metal. It must be restrained.
이에 따라 직접 가압식 용탕단조시에는 금형 온도나 용융 금속의 주입온도가 높아서 용탕단조의 특성인 급속응고나 품질향상의 효과는 거의 기대할 수 없게 된다.Accordingly, in the case of direct pressurized molten metal forging, the mold temperature or the injection temperature of molten metal is high, so that the effect of rapid solidification and the quality improvement of the molten metal forging are hardly expected.
한편, 본 발명의 간접 가압식 용탕 단조법에서는 제1도의 b에 도시된 바와같이 용융금속(5)이 충진에 필요한 유속과 압력을 유지한 가운데 금형(4) 내부로 주입되므로 예비성형체와 용탕(5)의 접촉시간이 짧고 용융금속(5)의 온도가 비교적 그대로 유지되어서 예비성형체에 대한 별도의 예열없이 용융 금속에 대한 기계적인 가압과 사출만으로 신속하게 용융 금속을 예비성형체 내부로 침투시킬 수 있다.In the indirect pressurized molten metal forging method of the present invention, the molten metal 5 is injected into the mold 4 while maintaining the flow rate and pressure necessary for filling, as shown in b of FIG. The contact time of the c) is short and the temperature of the molten metal 5 is kept relatively intact, so that the molten metal can be quickly penetrated into the preform simply by mechanical pressurization and injection of the molten metal without any preheating of the preform.
본 발명에서는 용융 금속을 예비성형체안으로 침투시키기 위한 최적의 용융 금속 주입 속도를 50∼500mm/sec로 설정하고 있는 바, 이러한 주입속도 범위의 한정이유를 밝히면 다음과 같다.In the present invention, the optimum molten metal injection rate for penetrating the molten metal into the preform is set to 50 ~ 500mm / sec, the reason for the limitation of the injection rate range is as follows.
만일, 용탕 주입 속도가 50mm/sec 이하로 되는 때에는 주탕 슬리브(6)에 용융 금속을 채운 후에 이를 금형 내부로 사출하여 예비성형체로 침투시키기까지의 시간이 오래 지체되어 용융 금속의 온도 감소로 인한 응고진행 및 주탕 슬리브(6)벽에서 생성된 응고층의 혼입등이 현저하게 증가하여 효과적인 용탕 침투가 곤란하며 주조 결함도 증가하게 된다.If the molten metal injection rate is 50 mm / sec or less, it takes a long time to fill the molten metal in the molten metal sleeve 6 and inject it into the mold to penetrate into the preform, thereby solidifying due to the decrease in the temperature of the molten metal. The mixing and the incorporation of the coagulation layer generated in the wall of the pouring sleeve 6 is remarkably increased, making it difficult to effectively infiltrate the molten metal and increase casting defects.
반면에 주조 속도가 500mm/sec 이상이 되면 용탕의 흐름이 안정된 정상류를 유지하지 못하고 난류로 되어 공기의 혼입이 많아지고 금형에 사출되면서 불규칙하게 충진이 되며 특히 예비성형체와 층격적으로 접촉하여 파손을 일으키는 현상이 초래된다.On the other hand, if the casting speed is more than 500mm / sec, the flow of the molten metal does not maintain a steady steady flow, but becomes turbulent, causing a lot of air mixing, and irregular filling as it is injected into the mold, especially in contact with the preforms to breakage. Causes a phenomenon.
즉, 다이 캐스팅과 같은 고속 고압의 주조 조건으로 되어서 안정된 금속복합재료를 얻을 수 없게 된다(참조 : P.jarry외, Metall. Trans., 23A(1992) pp2281∼2289)That is, it becomes impossible to obtain a stable metal composite material under high-speed and high-pressure casting conditions such as die casting (see P.jarry et al., Metall. Trans., 23A (1992) pp2281 to 2289).
따라서 사출 가압 속도는 50∼500mm/sec의 범위내로 유지하는 것이 바람직하다.Therefore, it is preferable to maintain the injection pressurization speed within the range of 50 to 500 mm / sec.
본 발명의 간접 가압식 용탕 단조법에 의한 금속복합재료 제조시 가압력과 주입 온도 및 금형 온도등은 일반적인 주물제품의 용탕단조조건을 적용하여 작업을 수행할 수 있다.In manufacturing the metal composite material by the indirect pressurized molten metal forging method of the present invention, the pressing force, the injection temperature and the mold temperature may be performed by applying the molten metal forging condition of a general casting product.
이상과 같은 본 발명이 간접 가압식 용탕 단조법에 의한 금속복합재료 제조방법은 종래의 직접 가압식 용탕 단조법에 비해 다음과 같은 작용효과를 나타낸다.As described above, the present invention provides a method for producing a metal composite material by the indirect pressure melt forging method, as compared with the conventional direct pressure melt forging method.
·예비성형체의 예열 및 온도관리 공정이 생략되어 원가절감 및 생산성의 향상을 기할 수 있다.The preheating and temperature control process of the preform can be omitted, resulting in cost reduction and productivity improvement.
·용융 금속이 저온의 예비성형체와 접촉하므로 금속복합재가 보다 급속한 응고가 진행됨에 따라 조직 미세화와 물성의 향상을 가져올 수 있다.• As molten metal is in contact with the low temperature preform, the metal composite material becomes more rapidly solidified, which can result in finer structure and improved physical properties.
·기계적인 주탕과 용융금속의 금형 내부로의 사출 및 주물의 이형등 전반적인 주조 공정과 제반 조건이 간편하고 또한 임의로 제어가 가능하여 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The overall casting process such as mechanical pouring and injection of molten metal into the mold, mold release, and general conditions are simple and can be controlled arbitrarily to improve the reliability of the product.
·거의 일반적인 용탕 단조 제조 조건을 적용할 수 있어 다양한 주조품의 형상과 기지 금속 및 강화 복합재의 재질을 가지는 금속복합재료 제품의 제조가 가능하다.Almost general molten metal forging manufacturing conditions can be applied, and it is possible to manufacture metal composite products having various casting shapes and materials of known metals and reinforced composites.
·제조되는 주물은 일반적인 용탕 단조 조건에 유사하므로 직접 가압방식보다 저온 금형 및 치밀한 주물/금형계면 접촉등으로 인해 용탕 단조 특성이 보다 효과적으로 나타난다.· The castings produced are similar to the general molten metal forging conditions, and thus the molten metal forging characteristics are more effective due to the low temperature mold and the dense casting / mould interface contact than the direct press method.
이상과 같이 본 발명 방법의 구체적인 제조 공정과 본 발명의 방법에 의해 제조된 금속복합재료의 제반 특성은 다음의 실시예를 통하여 보다 명확학 이해될 것이다.As described above, the specific manufacturing process of the method of the present invention and various properties of the metal composite material produced by the method of the present invention will be more clearly understood through the following examples.
실시예 1Example 1
기지금속은 AC8A(A1-12Si-1.4Ni-1Cu-1Mg) 주물용 알루미늄 합금(융점 577℃을 사용하고 강화재로서 평균직경 3um, 가로세로비 20∼30의 Al2O3단섬유(상품명 : Saffil)을 체적율 15%인 고리모양(두께 10mm의 사다리꼴 단면, 내경 54mm, 외경 86mm)의 예비성형체를 사용하였다. 이때 간접 가압식 용탕단조의 제조조건은 용탕온도를 700℃, 가압력은 110MPa, 금형 온도는 150∼200℃, 가압유지시간은 18초, 가압속도는 80mm/sec로 하였다. 3가지 온도, 즉 상온, 200℃, 500℃로 준비한 예비성형체를 제1도의 b에 도시된 바와 같은 금형(4) 내부에 장입하고 금형을 체결한 뒤에 AC8A 용탕(5)을 주탕 슬리브(6)에 주입하고 가압 플런저(7)를 상승시켜 금형안으로 사출 및 가압하여 예비성형체 안으로 용탕을 충진시키고 계속적인 가압하에 응고 완료하였다. 그 뒤 가압 플런저(7)를 하강하여 가압력을 제거하고 금형(4)을 개방한 뒤 금속복합재 주물을 축출하여 마무리가공을 하였다. 여기서 얻어진 주물시료를 가지고 금속복합화된 부분의 수직단면을 잘라서 에머리지로 연마하여 제2도의 시료를 얻었다. 이러한 제2도에 나타난 장입 온도별 금속복합화 조직을 살펴보면 예비성형체의 온도가 상온이나 200℃와 500℃에서 모두 양호한 왼관과 치수를 보여주고 있으며 복합화가 육안상으로 양호함이 확인되고 있다.Base metal is aluminum alloy for casting of AC8A (A1-12Si-1.4Ni-1Cu-1Mg) (using melting point of 577 ℃, Al 2 O 3 single fiber with average diameter of 3um and aspect ratio 20 ~ 30 as reinforcing material (brand name: Saffil ), A preform having a ring shape (volume 10 mm trapezoidal section, inner diameter 54 mm, outer diameter 86 mm) with a volume ratio of 15% was used, in which the indirect pressurized forging was manufactured at 700 ° C and 110MPa at pressing pressure. Is 150 to 200 ° C., the pressure holding time is 18 seconds, and the pressing speed is 80 mm / sec The preforms prepared at three temperatures, namely, room temperature, 200 ° C. and 500 ° C., are prepared as shown in FIG. 4) After charging the inside and tightening the mold, the AC8A molten metal (5) is injected into the pouring sleeve (6), the pressure plunger (7) is raised, injected and pressed into the mold to fill the molten metal into the preform, and under continuous pressurization. Solidification was completed, and then the pressure plunger 7 was lowered After removal, the mold 4 was opened and the metal composite castings were removed and finished.The vertical section of the metal composite portion was cut out and polished with emery to obtain a sample of FIG. Looking at the metal complex structure by charging temperature shown in the figure shows that the temperature of the preform shows a good left tube and dimensions at both room temperature and 200 ℃ and 500 ℃ and the compounding is visually good.
제3도는 제2도에 나타나 있는 알루미늄 금속복합재료(MMC)들의 내부 미세조직을 광학현미경으로 확대하여 관찰한 사진으로서, 각각 상온, 200℃, 500℃일 때이다. 여기서 검은색의 원 또는 타원형상들이 Al2O3단섬유로서 절단상태에 따라 원에서 타원 또는 두꺼운 침상으로 나타나고 있다. 기지금속은 주로 흰색의 알루미늄과 연회색의 실리콘 상으로 구성이 되어 있다. 제3도에서 나타나 미세조직을 보면 제2도에서 나타나 바와같이 장입온도에 따른 세라믹 복합섬유들의 분산이나 기지금속과의 결합상태가 차이가 없이 치밀하게 접촉되어 있으며 기공이나 미성형 결합등의 결함들이 전반적으로 관찰되지 않았다. 따라서 예비성형체를 상온에서 장입을 하여도 건전한 조직의 금속복합재를 제조할 수 있음을 알 수 있었다.FIG. 3 is an enlarged photograph of the internal microstructure of the aluminum metal composite materials (MMC) shown in FIG. 2 at an optical microscope. Here, black circles or ovals are Al 2 O 3 short fibers, which appear as ellipses or thick needles in the circle depending on the cutting state. The base metal consists mainly of white aluminum and light gray silicon. As shown in FIG. 3, the microstructures shown in FIG. 3 show a close contact between the dispersion of the ceramic composite fibers and the state of bonding with the base metal according to the charging temperature. Overall not observed. Therefore, it was found that even when the preform was charged at room temperature, a metal composite material having a healthy structure could be produced.
제4도는 제2도에 나타나 있는 알루미늄 금속복합재료(MMC)들의 주조표면에서 내부로 가면서 측정한 경도값을 보여주는 도면이다. 이것은 금속복합재료의 기계적 성질의 변화가 예비성형체 온도에 따라 어떻게 변하는가를 조사한 것이다. 약 2mm간격으로 로크웰B 스케일(scale)로 측정하였는데 금속 복합화 부분은 경도값이 65∼70 정도로 약간의 차이가 있은 정도로 예비성형체 온도에 따른 변화가 없이 균일하였고 이값들은 기지금속의 값 40∼50과 비교하면 평균 50% 높은 편이다.4 is a view showing hardness values measured inward from the casting surface of the aluminum metal composite materials (MMC) shown in FIG. This is how the change in the mechanical properties of the metal composite material changes with the preform temperature. It was measured on the Rockwell B scale at intervals of about 2 mm, and the metal complex was uniform with no change according to the preform temperature to the extent that the hardness value was slightly different (65 to 70). In comparison, the average is 50% higher.
제5도는 제2도에 나타나 있는 알루미늄 금속복합재료(MMC)들과 알루미늄 AC8A소재를 가지고 건식 마모시험을 하여 나타난 마모량을 비교한 도면이다. 마모시험은 핀 온 디스크(Pin on disk)방식의 마모시험기를 사용하였고 조건은, 하중 1200g, 선속도 0.1885m/sec, 예비마모 100m, 본 마모시험거리 900m, 마모상대인 핀은 직경 2mm의 SCM 40(HRC7)으로 하였다. 복합재의 마모량은 기지금속인 AC8A에 비해 약 1/3수준으로 내마모성이 우수하게 나타났다. 예비성형체 온도의 영향을 보면 고온인 500, 200℃보다는 상온이 다소 마모량이 감소하여 예비성형체의 상온장입이 금속복합재료의 주요 물성인 내마모성 면에서도 양호하게 나타났다.FIG. 5 is a diagram comparing the amount of wear that is shown by dry wear test with the aluminum metal composite materials (MMC) and aluminum AC8A material shown in FIG. Abrasion test was performed using a pin on disk type abrasion tester.The conditions were: load 1200g, linear speed 0.1885m / sec, prewear 100m, main wear test distance 900m, wear-resistant pins with a diameter of 2mm 40 (HRC7). The wear amount of the composite material was about one third of that of AC8A, which is excellent in wear resistance. In the effect of preform temperature, wear of the preform was reduced in room temperature rather than the high temperature of 500 and 200 ℃.
실시예 2Example 2
제6도는 예비성형체 온도에 따른 간접 가압식 용탕 단조법에 의해 제조된 KAOWOOL/AC8A 복합재료의 육안조직을 보여주는 사진으로서, 각각 상온, 550℃일 때이다. 예비성형체는 체적율 7%의 KAOWOOL(Al2O3-49% SiO2) 단섬유로 성형된 것으로 고리모양(두께 6mm의 사다리꼴 단면, 내경 80mm, 외경 100mm)이다. 간접 가압식 용탕단조 제조조건은 용탕 온도를 730℃, 가압력은 160MPa, 금형 온도는 150∼200℃, 가압 유지 시간은 20초, 가압속도는 75mm/sec이다. 상온과 550℃로 준비한 예비성형체를 금형에 장입하고 실시예1과 같은 방법으로 금속복합재료 시료를 제조하였다. 제6도에서 나타난 육안조직을 보면 제2도와 같은 방향으로서 상온이나 550℃ 장입시 거의 복합화상태나 형상의 차이가 없이 건전한 금속복합재 제조가 되었다.FIG. 6 is a photograph showing the visual structure of the KAOWOOL / AC8A composite prepared by indirect pressure melt forging according to the preform temperature, respectively, at room temperature and 550 ° C. FIG. The preform is formed from KAOWOOL (Al 2 O 3 -49% SiO 2 ) short fibers with a volume ratio of 7% and has a ring shape (6 mm thick trapezoidal cross section, inner diameter 80 mm, outer diameter 100 mm). Indirect pressurized molten metal forging manufacturing conditions are the melt temperature is 730 ℃, the pressing force is 160MPa, the mold temperature is 150 ~ 200 ℃, the pressure holding time is 20 seconds, the pressing speed is 75mm / sec. A preform prepared at room temperature and 550 ° C. was charged to a mold to prepare a metal composite material sample in the same manner as in Example 1. In the naked eye structure shown in FIG. 6, in the same direction as in FIG.
제7도는 제6도에 나타나있는 알루미늄 금속복합재료들의 내부 미세조직을 광학현미경으로 확대하여 관찰한 사진으로서, 각각 상온, 550℃일 때이다. 여기서 검은색의 세라믹 섬유들이 기지금속과 밀착 결합이 되어 있다. 따라서 다양한 세라믹 섬유 복합재에서도 상온으로서 예비성형체를 장입하는 본 발명의 적용이 가능함을 확인할 수 있있다.FIG. 7 is an enlarged photograph of an internal microstructure of the aluminum metal composite materials shown in FIG. 6 at an optical temperature of 550 ° C. FIG. Here, black ceramic fibers are in close contact with the base metal. Therefore, it can be confirmed that the present invention can be applied to a variety of ceramic fiber composite materials to be preformed at room temperature.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940008666A KR970003119B1 (en) | 1994-04-23 | 1994-04-23 | Method of manufacturing composite materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019940008666A KR970003119B1 (en) | 1994-04-23 | 1994-04-23 | Method of manufacturing composite materials |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR950028847A KR950028847A (en) | 1995-11-22 |
| KR970003119B1 true KR970003119B1 (en) | 1997-03-14 |
Family
ID=19381626
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019940008666A KR970003119B1 (en) | 1994-04-23 | 1994-04-23 | Method of manufacturing composite materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR970003119B1 (en) |
-
1994
- 1994-04-23 KR KR1019940008666A patent/KR970003119B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR950028847A (en) | 1995-11-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4548253A (en) | Method for making composite material object by plastic processing | |
| JP3212245B2 (en) | Casting method, casting apparatus and casting | |
| US5865238A (en) | Process for die casting of metal matrix composite materials from a self-supporting billet | |
| JPS6341966B2 (en) | ||
| KR20010094944A (en) | Metal pourous preliminary molding frame and method for manufacturing metac composite member using the same | |
| US8966751B2 (en) | MMC cylinder liner and method for producing the same | |
| KR970003119B1 (en) | Method of manufacturing composite materials | |
| JP3126704B2 (en) | Casting method for castings with composite materials cast | |
| KR20070008518A (en) | Method for producing metal matrix composite materials | |
| EP0101948B1 (en) | Method of manufacturing a surface composite reinforced member | |
| JP2504199B2 (en) | Method for producing fiber-reinforced metal composite material | |
| Lim et al. | The production and evaluation of metal-matrix composite castings produced by a pressure-assisted investment casting process | |
| Kang et al. | Fabrication of metal-matrix composites by the die-casting technique and the evaluation of their mechanical properties | |
| JP2004351472A (en) | Method for manufacturing piston made of fiber reinforced aluminum alloy | |
| KR100956977B1 (en) | Die casting method | |
| KR20030016696A (en) | Manufacturing method of cylinder block for engine | |
| JP2979784B2 (en) | Method for producing fiber-reinforced composite member | |
| KR100530622B1 (en) | A manufacture equipment for gasoline engine piston | |
| JPS606265A (en) | Production of composite fiber member | |
| JPS62199739A (en) | Production of fibrous formed body for fiber reinforced composite material | |
| JPH03268855A (en) | Manufacture of metal base composite material member | |
| JPS61132263A (en) | Manufacture of composite member | |
| JP2887802B2 (en) | Aluminum alloy forming method | |
| JPH03114650A (en) | Production of metal base reinforced material | |
| JPS5870963A (en) | Easy-to-weld composite material and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| G160 | Decision to publish patent application | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120702 Year of fee payment: 16 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |