WO2017135486A1 - Apparatus and method for manufacturing magnesium alloy billet for extrusion - Google Patents

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이인영
김강형
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이인영
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Abstract

The present invention relates to manufacturing a magnesium alloy billet for extrusion, and particularly, to an apparatus and a method for manufacturing a magnesium alloy billet of which the firing processability is improved by improving a casting method for the magnesium alloy billet so that an alloy element of which the specific gravity is at least 4 is uniformly distributed. To this end, the present invention relates to the apparatus for manufacturing the magnesium alloy billet, which injects a magnesium alloy melt into a billet casting mold and solidifies the melt to cast a billet through cooling by means of spraying a coolant on the surface of the billet casting mold into which the alloy melt has been injected, wherein a cover provided with a through-hole for installing an impeller and a gas pipe for injecting shielding gas is formed on the upper portion of the mold, and wherein the alloy melt is mixed by the impeller inserted through the through-hole on the cover during cooling of the surface of the mold, and desirably, a mushy zone during melting of the alloy is mixed to manufacture the magnesium alloy billet. According to the present invention, alloy melting is performed by mechanical mixing during cooling of the mold, wherein the mechanical mixing is effectively performed in the mushy zone to enable uniform distribution of alloy elements such as zinc or cadmium having large specific gravity, and as a result, segregation during a low-temperature process is reduced and manufacturing of a billet having fine crystalline grains can be enabled. As a result, the billet has superior firing processability compared to a magnesium alloy billet manufactured according to an existing method, thereby providing the advantages of easy extrusion and excellent uniformity of quality.

Description

압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치 및 제조방법Manufacturing apparatus and method for manufacturing magnesium alloy billet for extrusion
본 발명은 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조에 관한 것으로 특히, 비중이 4 이상인 합금원소를 균일하게 분포하도록 마그네슘 합금 빌렛의 주조방안을 개선함으로써 소성가공성을 개선한 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to the production of magnesium alloy billet for extrusion, in particular, to improve the processability of the magnesium alloy billet by improving the casting method of the magnesium alloy billet so as to uniformly distribute the alloying elements having a specific gravity of 4 or more, and the manufacturing apparatus and production of It is about a method.
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.As is well known, magnesium alloy is the lightest metal among the metal materials currently being used, and the use of magnesium alloys is rapidly expanding into the materials of various parts in place of aluminum in use of metal materials to achieve further weight reduction. As a matter of fact, demand for electronic products is rapidly increasing by replacing plastics, which have many problems in recycling.
마그네슘 합금은 상용되고 있는 구조용 합금 가운데 가장 가벼운 밀도인 1.74g/cc을 가지고 있으며, 이는 알루미늄의 2/3에 해당된다. 또, 마그네슘 합금은 우수한 기계 가공성과 높은 진동 감쇠성, 진동 및 충격에 대한 탁월한 흡수성, 우수한 전자파 차단 기능 등을 구비하고 있다. 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.Magnesium alloys have the lightest density of 1.74 g / cc of commercially available structural alloys, equivalent to two-thirds of aluminum. In addition, the magnesium alloy has excellent machinability, high vibration damping properties, excellent absorbency against vibration and shock, excellent electromagnetic wave blocking function, and the like. In addition, the reason for the rapid expansion of magnesium alloys into computers, mobile phones, automobile parts, etc. is due to its excellent light weight and reproducibility, shielding against electromagnetic waves, and molding into thin shapes.
이를 통해 볼 때 마그네슘 합금은 최근 소비자들로부터 인기를 얻고 있는 휴대용 전자제품의 구조재로 더할 나위 없이 좋은 소재임을 알 수 있다.This suggests that magnesium alloy is a good material as a structural material for portable electronic products, which has recently gained popularity among consumers.
일반적으로 휴대용 전자제품 내장 구조재, 자동차 부품 또는 항공기 부품 등의 재료는 경량성과 고강도성, 고인성, 고성형성이 요구된다.Generally, materials such as portable electronic built-in structural members, automotive parts, or aircraft parts require lightweight, high strength, high toughness, and high formability.
그런데 마그네슘은 소성변형에 필수적인 슬립시스템이 적은 조밀육방격자 구조를 지니고 있어 압출성이나 성형성이 나빠 주조에 의한 성형이 주로 이루어 졌다. However, magnesium has a dense hexagonal lattice structure with a small slip system, which is essential for plastic deformation, and is mainly formed by casting due to poor extrudability and formability.
그러나 사형주조는 형상에 많은 제약이 따르고, 다이캐스팅에 의한 성형은 그 특성상 주조조직이 다공성이므로 후속되는 표면처리 공정에서 많은 문제를 야기한다. 그러던 중 알루미늄을 합금한 AZ31, AM20등의 재료가 개발되면서 알루미늄이 고용된 마그네슘 단상고용체의 연성을 이용한 소성 가공이 가능하게 되었다. However, sand casting has many limitations in shape, and molding by die casting causes many problems in subsequent surface treatment processes because the cast structure is porous in its characteristics. Meanwhile, materials such as AZ31 and AM20 alloyed with aluminum were developed to enable plastic processing using ductility of aluminum single-solution solid solution in which aluminum was used.
그런데 이들 합금은 가공성이 우수하고 연성이 풍부함에도 불구하고 단상 고용체에 350℃ 이하 저융점인 MgxZny 공정상들을 포함하게 된다. 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. However, these alloys include MgxZny process phases having a low melting point of less than 350 ° C. in a single-phase solid solution despite excellent workability and ductility. Therefore, an anisotropy is strong in a plate or a member that is plastically deformed in one direction, and when it locally rises to 350 ° C. or higher due to friction during machining, fine cracks occur due to low melting point processes. .
또한, 소성가공이 가능한 체심입방격자 구조로 변환하여 소성가공성을 개선한 리튬첨가 합금이 있다. 리튬은 마그네슘에 대한 고용도가 크고 효과가 있다. 하지만 온도에 따른 고용도의 차이가 작고 격자상수의 차이가 작아 10∼20중량%의 다량을 첨가해야 효과가 있다. 따라서 리튬을 합금한 재료는 고가인데다 특유의 전지반응 특성 때문에 상용으로 이용되지는 않고 있다.In addition, there is a lithium additive alloy which is converted to a body-centered cubic lattice structure capable of plastic working to improve plastic workability. Lithium has a high solubility in magnesium and is effective. However, the difference in solid solution according to temperature is small and the difference in lattice constant is small so that a large amount of 10 to 20% by weight is added. Therefore, lithium alloyed materials are expensive and are not commonly used due to their unique battery reaction characteristics.
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. 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. The presence of low melting process phases in magnesium alloy billets has the same problem in magnesium alloy extrusion, and when extruded at temperatures above 350 ° C, the frictional heat with the die shows surface defects such as fingerprints on the surface, resulting in clean and flawless products. It was hard to get. Since the surface cracks of such fine wrinkles reduce fatigue strength, they have to be extruded at a temperature of 350 ° C. or less to prevent such defects. Therefore, the productivity is low and the defect rate is high in complex shapes, which causes a high price of magnesium extruded materials.
최근에 와서 이런 문제를 극복하기 위해 소성가공성을 개량한 마그네슘합금이 등장하거나 용이하게 소성가공할 수 있는 기술들이 개발되고 있다. Recently, in order to overcome these problems, magnesium alloys having improved plastic processability have emerged, or technologies for easily plasticizing have been developed.
본 발명자들이 개발한 등록특허 10-0509648은 소성가공성이 우수한 마그네슘합금을 소개하고 있다. 그러나 이 특허 내용에서는 판재를 압연하기 위한 공정이 언급되기는 하였으나, 압출방법에 대해서는 구체적으로 소개하지 못하여 마그네슘 압출재의 상용화가 진행되지 못했다. 더욱이 대경의 빌렛 내부에 미세 고융점 석출상을 분산하거나 중심부 편석을 억제하기 위한 방법은 제시하지 못했다.The patent 10-0509648 developed by the present inventors introduces a magnesium alloy excellent in plastic workability. However, although the process for rolling a sheet is mentioned in this patent, the extrusion method could not be introduced in detail, and commercialization of the magnesium extruded material did not proceed. Moreover, no method for dispersing fine high melting point precipitates in large diameter billets or suppressing central segregation has been proposed.
종래의 압출용 빌렛은 주로 환봉형 캐비티가 형성된 주철 주형에 용탕을 주입하여 냉각하는 방식으로 제조한다. 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.Conventional extrusion billets are manufactured by injecting molten metal into a cast iron mold in which an annular cavity is formed and cooling it. In this method, the molten metal is preheated to 200 ° C. or higher to remove moisture and injected to prevent the molten metal from exploding as the temperature difference and the moisture adsorbed on the mold evaporate while the molten metal contacts the mold.
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. 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. 이를 해결하기 위해 포코르니 등은 마그네슘 합금의 주조 중 열간균열발생을 예측하는 연구를 행하였다. Due to the slow cooling rate, the solidification time of magnesium alloy is increased in the mold, and the specific gravity is 4 or more, and elements such as zinc and yttrium, which have a large difference in specific gravity from magnesium, are segregated in the center or the bottom of the mold. The problem is that the macroscopic composition of the billet becomes uneven and causes the extrusion performance to drop. In the case of severe segregation, hot tearing occurs in the center of billet, which causes deformation, cracking, and fine wrinkles during the extrusion process, as well as reducing the fracture and fatigue strength during stretching or straightening of the extruded material. And reliability. In order to solve this problem, Pokorni et al. Conducted a study to predict the occurrence of hot crack 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. As a method for avoiding the low plasticity of magnesium, a method of casting in a form close to the final product by a twin roll casting method or a strip casting method has been devised. Not suitable
Qui 등은 마그네슘합금에서 소성가공용으로 가장 많이 이용되는 AZ31 합금을 압출하고 압연하여 재결정된 미세조직을 얻음으로써 소성가공성을 개선하는 연구를 행했다. 이 연구에서 육안상으로는 문제가 보이지 않았으나 결정립에 수 미크론 이하 간격으로 미세 균열들이 존재하는 것이 관찰되었다. 또한 Rao 등은 AZ31 합금이 300∼350℃ 구간에서 압출이 용이하며 생산성을 향상시키기 위해 그 이상의 온도에서 압출하게 되면 집합조직이 취약해진다고 보고하였다.Qui et al. Studied the improvement of plastic workability by extruding and rolling the AZ31 alloy which is most used for plastic working in magnesium alloy to obtain recrystallized microstructure. In this study, there was no visible problem, but the presence of microcracks in the grain at intervals of several microns was observed. Rao et al. Also reported that the AZ31 alloy is easily extruded in the 300-350 ° C range and the texture becomes brittle when extruded at higher temperatures to improve 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, a method of improving plastic workability by heat treating billets and extruding them at high ductility by controlling the temperature of the extrusion container and the die was introduced, but the extrusion speed should be lowered due to the low melting point process present in the magnesium alloy. Due to the limitations, there is no practical improvement plan.
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.In addition, efforts have been made to improve the machinability of magnesium by processing hard materials such as ECAP and ECAE at high firing ratios through angle-changing channels in the die, but the die structure is complicated and requires high pressing force. It is limited and not suitable for commercialization to apply to actual product 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. 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. 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. 왼쪽은 주조 후 추출한 빌렛이고 가운데는 압출 중에 파단된 상태이다. 오른쪽은 절삭 가공한 빌렛의 하부로서 중심부 편석으로 인해 사진처럼 중앙부에 원형으로 열간균열이 발생하는 경우가 있다. 도 1의 가운데 파단된 빌렛에서 화살표가 압출 방향이며 화살표 아래가 빌렛 주조시 상부이다. In order to solve this problem, the present inventors added yttrium and zinc to form a high melting point precipitated phase in Korean Patent Registration No. 10-1392480 to increase the extrusion temperature and improve the extrusion die to reduce the flow stress and improve the extrudability. A method was provided. However, even in the case of the alloy having excellent plastic workability, there is a problem in that the alloying element occurs due to the difference in the solidification rate between the upper and lower parts during the manufacturing of the billet, and zinc and yttrium, which have a high specific gravity, segregate in the lower part in the process. 1 shows an example of fracture during extrusion due to a difference in plastic processability due to variations in upper and lower alloying elements of a billet cast with an average diameter of 180 mm by this method. FIG. 1 shows a billet manufactured by a crucible casting method without stirring the molten metal. This is an example of manufactured billets. The left side is the billet extracted after casting and the center is broken during extrusion. The right side is the lower part of the cut billet, and there is a case that hot crack occurs in the center part as a picture due to the segregation of the center. In the middle broken billet of Figure 1, the arrow is the extrusion direction and the arrow below is the upper part during 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. 도 2는 직접냉각 연속주조에서 편석과 수축 응력으로 인해 빌렛 중심부에 발생한 열간균열의 사례이다. In addition, in the case of the direct chilled continuous casting billet as shown in FIG. 2, central segregation occurs as the difference between the internal and external cooling rates becomes too large, and internal cracks may occur in the central segregation due to stress due to shrinkage during solidification. 2 is an example of hot cracks generated in the center of the billet due to segregation and shrinkage stress in the direct cooling continuous casting.
용탕을 외주부에서 급냉하여 응고시키는 직접냉각 연속주조에서는 급냉으로 인해 편석이 비교적 적다. 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. 그러나 표 1에서 보듯 이트륨-아연과 같이 비중이 4 이상인 합금의 양이 늘어나면 편석량 합이 총 1.1%로 AZ합금에 비해 합금원소 편석이 심하게 된다. 이 정도의 편석이라면 압출성능에서는 더 차이가 커서 도 1처럼 압출 중 파괴되거나 압출이 되어도 휨변형이나 표면결함 발생률이 크다. 더욱이 빌렛의 직경이 커지면 냉각속도도 증가해야 하는데 편석이 심하면 압출 중 빌렛 중심부에 균열이 발생하게 된다. 따라서 비중이 알루미늄보다 큰 원소들이 함유되는 합금에서는 중심부 편석의 정도가 빌렛의 압출성능을 좌우하게 된다. In direct cooling continuous casting in which the molten metal is quenched at the outer periphery and solidified, segregation is relatively low due to the rapid cooling. For example, a 150mm diameter AZ31 billet has a relatively low segregation amount of about 0.7% of aluminum and about 0.4% of zinc in comparison with the surface and the center, which are 1.74 magnesium and 2.7 aluminum. This is also because the difference in specific gravity between the alloys is smaller than that of other alloy elements, and the content of zinc with a specific gravity of 7.13 is small. However, as shown in Table 1, when the amount of alloys having a specific gravity of 4 or more, such as yttrium-zinc, increases, the total segregation amount is 1.1%, which leads to severe segregation of alloy elements compared to the AZ alloy. If this degree of segregation is larger than the difference in extrusion performance, even if broken or extruded during extrusion as shown in Figure 1, the occurrence rate of bending deformation or surface defects is large. In addition, as the diameter of the billet increases, the cooling rate also needs to increase. If the segregation is severe, cracking occurs in the center of the billet during extrusion. Therefore, in alloys containing elements with specific gravity greater than aluminum, the degree of central segregation will determine the extrusion performance of the billet.
성분원소Element 함량(%)content(%) 빌렛에서의 위치Location in Billet
상부Top 아연zinc 1.561.56 도 1의 화살표 아래쪽Arrow down in FIG. 1
이트륨yttrium 0.760.76 도 1의 화살표 아래쪽Arrow down in FIG. 1
하부bottom 아연zinc 9.89.8 도 1의 화살표 위쪽Arrow upward in FIG. 1
이트륨yttrium 1.451.45 도 1의 화살표 위쪽Arrow upward in FIG. 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. 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.Extruded magnesium alloys, such as AZ alloys and AM alloys, which are alloyed with aluminum or zinc, have wider mash zones as the alloy amount increases. The surface of the billet may be rough or cracked. Therefore, there is a problem that the casting speed and productivity are lowered due to the difficulty of forming a shell layer by cooling the mold wall quickly while increasing the temperature of the molten metal with a high power electromagnetic casting device.
종래 기술에서는 이런 편석을 제거하기 위한 수단으로 주형에 주입하기 전에 금속 막대로 도가니의 마그네슘 용탕을 교반하였다. 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. In the prior art, the magnesium molten metal in the crucible was stirred with a metal rod before injection into the mold as a means to remove this segregation. However, the stirring method using manpower while the upper part of the furnace is open is difficult to continuously stir due to the risk of heat and ignition, and there is no method to stir in the solidification process after injecting magnesium alloy molten metal into the mold.
주조 중 교반을 위해 유도 코일을 이용하는 전자교반법이 있다. 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. 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. There is an electromagnetic stirring method using an induction coil for stirring during casting. However, magnesium does not have unpaired hole electrons, so even when it is stirred, its magnetization strength is weak. Therefore, compared with other metals, magnesium has less force of induction and viscosity of molten metal. For example, casting a magnesium alloy billet at 20 L / min requires a high power electromagnetic casting (EMC) of 20 kHz and 1400 A and an electronic stirrer (EMS) of 15 kHz and 150 A, which is required for continuous casting of aluminum billets. Of 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. In recent years, aluminum billet casting has been manufactured by electrostirring continuous casting as in the method of FIG. 3 rather than by direct cooling continuous casting. Efforts to curb dendritic development continued.
플레밍 등은 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. Fleming et al. US Pat. No. 3,902,544 provided a method for preparing solid or liquid-solid metals containing non-residual primitive tissues, which includes agitation of the liquid metal prior to casting, which limits the control of tissues during solidification. There was.
닐슨 등은 US Pat. 4,315,538에서 동합금봉 연속주조에서 용탕의 온도편차를 줄이기 위해 주형 다이를 회전시키는 방법을 제공하였다. 이 방법은 소경의 봉재 연속주조에서 용탕과 접촉하는 주형 다이를 회전시킴으로써 마찰력도 줄이고 결정입도를 미세하게 하는 데는 유효하지만 대경의 빌렛에서 중심부 편석을 제어하는 방법으로는 부적합하였다. Nielsen et al. US Pat. In 4,315,538, a method of rotating a mold die was proposed to reduce the temperature deviation of the melt in continuous casting of copper alloy rods. This method is effective in reducing friction and reducing grain size by rotating the mold die in contact with the molten metal in continuous casting of small-diameter bars. However, this method is not suitable for controlling central segregation in large-diameter billets.
유 등은 US Pat. 4,709,747에서 알루미늄합금 용탕이 주입되는 주형 내에 스트레이너 타입의 장치를 삽입하는 방법을 제공하였다. 이는 용탕을 주입하면 주형 표면에 접하는 외주부 뿐만 아니라 내부에서 스트레이너와 접한 용탕이 핵생성을 일으켜 주형에서 균일하게 응고가 진행되는 효과가 있다. 종래에는 최종 응고되는 중심부에만 편석이 집중되던 현상이 억제되고 내부에서도 핵생성이 진행되므로 균일하게 응고되는 효과가 있다. 그러나 이런 방법은 계속 용탕이 주입되는 연속주조나 용탕의 양이 많을 경우 스트레이너가 가열되므로 냉각능이 떨어져 결국은 지속적으로 핵생성 효과를 기대하기 어렵다.Yu et al. US Pat. In 4,709,747, a method of inserting a strainer type device into a mold into which an aluminum alloy molten metal is injected is provided. This injects the molten metal, as well as the outer peripheral portion in contact with the mold surface, the inner surface in contact with the strainer causes nucleation, thereby solidifying uniformly in the mold. Conventionally, segregation is concentrated only in the central part to be finally solidified, and since nucleation proceeds inside, there is an effect of uniformly solidifying. However, this method is difficult to expect the effect of nucleation continuously because the cooling capacity is lowered because the strainer is heated when continuous casting or molten metal is continuously injected.
알루미늄이나 동합금의 경우와 달리 마그네슘 합금 용탕의 기계적 교반은 대기와의 차단으로 발화사고를 방지해야 하고, 합금원소들이 저융점 공정상을 만드는 경우가 많은 어려움 등으로 인해 연구가 많지 않았다. 따라서 종래에는 마그네슘 용탕 보존로에서 관을 통해 직접 주형에 주입하는 방식을 적용하는 경우가 많아 전자기 교반 외에는 다른 방식을 적용하기 어려웠다. 이렇게 기술발달이 늦은 배경에는 마그네슘 압출재 시장이 적어 상용화가 활발하지 못한 이유도 크다. 그럼에도 불구하고 식소몰딩법이나 고강도 경량 MMC(metal matrix composite)의 개발에서 마그네슘을 기지로 하는 연구를 통해 개발된 사례들이 있었다.Unlike in the case of aluminum and copper alloys, the mechanical agitation of the molten magnesium alloy has to be prevented from ignition by blocking the atmosphere, and many studies have been conducted due to the difficulty in making alloy elements have a low melting point. Therefore, in the prior art, a method of directly injecting a mold through a tube in a magnesium molten metal preservation furnace is often applied, and it is difficult to apply other methods except for electromagnetic stirring. In the background of late technology development, there is a large reason for the lack of commercialization due to the small market of magnesium extruded materials. Nevertheless, there have been cases where magnesium-based studies have been developed in the gingomolding method or the development of high strength and lightweight MMC (metal matrix composite).
카마도 등은 반용융 상태에서 사출성형하는 식소몰딩법에 응용하기 위해 AZ91D합금을 반용융상태에서 교반하여 얻은 결과를 발표하였다. 그러나 이 방법은 주형 안에서 반고체 상태의 용탕을 일정온도에서 유지하면서 30분 동안 장시간 교반하는 내용으로 연속주조나 빌렛의 제조에 적용하기에는 무리가 있는 방법이었다. Camado et al. Reported the results obtained by stirring the AZ91D alloy in a semi-melt state for application to the gingham molding method of injection molding in a semi-melt state. However, this method was difficult to apply to continuous casting or billet production by stirring the semi-solid molten metal in the mold for a long time while maintaining it at a constant temperature 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. As such, mechanical agitation may be a good alternative to electron agitation for the macroscopic segregation and improvement of microstructure of magnesium alloy billets. However, in-depth studies have been conducted to suggest a concrete manufacturing method due to the stagnation of magnesium market. There was no.
[선행기술문헌][Preceding technical literature]
[특허문헌][Patent Documents]
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 2002-0078936호. 2002. 10. 19.(Patent Document 1) Korean Laid-Open Patent Publication No. 2002-0078936. Oct 19, 2002
(특허문헌 2) 한국공개특허공보 2007-0091239호. 2007. 09. 07(Patent Document 2) Korean Unexamined Patent Publication No. 2007-0091239. 2007. 09. 07
(특허문헌 3) 한국공개특허공보 2008-0085662호. 2008. 09. 24(Patent Document 3) Korean Laid-Open Patent Publication No. 2008-0085662. 2008. 09. 24
(특허문헌 4) 미국특허공보 US 7,028,749호. 2006. 04. 18(Patent Document 4) US Patent Publication No. 7,028,749. Apr 18, 2006
(특허문헌 5) 한국등록특허공보 10-1392480호. 2014. 04. 29(Patent Document 5) Korean Patent Publication No. 10-1392480. 2014. 04. 29
(특허문헌 6) 미국특허공보 US 3,902,544호. 1975. 09. 02(Patent Document 6) US Patent Publication No. 3,902,544. 1975. 09. 02
(특허문헌 7) 미국특허공보 US 4,315,538호. 1982. 02. 16(Patent Document 7) US Pat. No. 4,315,538. February 16, 1982
(특허문헌 8) 미국특허공보 US 4,373,950호. 1983. 02. 15(Patent Document 8) US Pat. No. 4,373,950. 1983. 02. 15
(특허문헌 9) 미국특허공보 US 4,709,747호. 1987. 10. 01(Patent Document 9) US Pat. No. 4,709,747. October 1, 1987
(특허문헌 10) 미국특허공보 US 4,960,163호. 1990. 10. 02(Patent Document 10) US Pat. No. 4,960,163. 1990. 10. 02
[비특허문헌][Non-Patent Documents]
(논문 1) Qiu Wei et al., Effect of heat treatment on Microstructures and mechanical properties of extruded-rolled AZ31 Mg alloys, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010), 481-s487 (Paper 1) Qiu Wei et al., Effect of heat treatment on Microstructures and mechanical properties of extruded-rolled AZ31 Mg alloys, Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20 (2010), 481-s487
(논문 2 ) Kamineni Pitcheswara Rao et al., Hot Deformation Mechanisms in AZ31 Magnesium Alloy Extruded at Different Temperatures: Impact of Texture, Metals 2012, 2, 292-312(Paper 2) Kamineni Pitcheswara Rao et al., Hot Deformation Mechanisms in AZ31 Magnesium Alloy Extruded at Different Temperatures: Impact of Texture, Metals 2012, 2, 292-312
(논문 3) M. Pokorny et al., Prediction of Hot Tear Formation in a Magnesium Alloy Permanent Mold Casting, International Journal of Metalcasting, Fall 2008, 41-53(Paper 3) M. Pokorny et al., Prediction of Hot Tear Formation in a Magnesium Alloy Permanent Mold Casting, International Journal of Metalcasting, Fall 2008, 41-53
(논문 4) Shigeharu Kamado et al., 輕金屬, Vol. 42, No. 12, 1992, 734-740(Paper 4) Shigeharu Kamado et al., 輕 金屬, Vol. 42, no. 12, 1992, 734-740
(논문 5) V. Laurent et al., Journal of Materials Science 27, 1992, 4447-4459(Paper 5) V. Laurent et al., Journal of Materials Science 27, 1992, 4447-4459
(논문 6) 임창동 등, 한국주조공학회지, 제23권, 제3호, 2003.6, pp.130-136(Paper 6) Chang-Dong Lim et al., Journal of the Korean Foundry Engineering Society, Vol. 23, No. 3, 2003.6, pp.130-136
(논문 7) Liqing Chen et al., J. Mater. Sci. Technol., Vol.23 No.2, 2007, 207-212(Paper 7) Liqing Chen et al., J. Mater. Sci. Technol., Vol. 23 No. 2, 2007, 207-212
(논문 8) Y. X. Jin et al., Materials Science-Poland, Vol.27, No.1, 2009, 171-185(Paper 8) Y. X. Jin et al., Materials Science-Poland, Vol. 27, No. 1, 2009, 171-185
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 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to eliminate the above problems, the magnesium alloy billet of the magnesium alloy billet to improve the extrusion by reducing the segregation of the magnesium alloy billet for extrusion and to reduce the defect rate to refine the grain and reduce the segregation It is an object of the present invention to provide a manufacturing apparatus and a manufacturing method.
이를 위해 본 발명은 마그네슘 합금 용탕을 주입하여 빌렛을 주조하도록 된 빌렛 주조용 주형과, 상기 주형의 표면을 냉각시켜 용탕을 응고시키기 위한 냉각수단으로 구성된 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치에 있어서, 상기 주형의 상부에는 임펠러 설치용 관통구가 형성되고 차폐가스를 주입하도록 된 가스배관이 구비된 커버가 설치되어 있으며, 상기 커버의 관통구를 통하여 삽입되어 합금용탕을 교반하기 위한 임펠러로 구성된 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치를 특징으로 한다.To this end, the present invention is a billet casting mold for injecting a molten magnesium alloy to cast a billet, and a manufacturing apparatus of a magnesium alloy billet comprising a cooling means for solidifying the molten metal by cooling the surface of the mold, An upper part of the extruded magnesium alloy billet formed of an impeller for impregnating the molten alloy is formed in the upper part is provided with an impeller installation through-hole and a gas pipe for injecting shielding gas. It is characterized by a manufacturing apparatus.
또한, 본 발명은 용해로에서 아연과 이트륨을 함유한 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 단계, 상기 마그네슘 합금 용탕을 연속주조장치의 빌렛 주조용 주형 상부에 설치된 커버의 용탕주입구를 통하여 주입하면서 가스배관을 통하여 차폐가스를 주입하는 단계, 상기 용탕이 주입된 빌렛주조용 주형에 추출되는 빌렛의 표면온도가 350℃이하로 냉각되도록 주형의 표면과 추출되는 빌렛의 표면에 15~70도 각도로 냉매를 분사하여 250~900℃/분의 속도로 냉각시키는 단계, 상기 주형의 냉각단계 중에 주형의 상부커버에 형성된 임펠러 삽입용 관통구를 통하여 임펠러를 용탕이 응고하는 머쉬존에 삽입하여 교반하는 단계, 상기 교반된 용탕이 응고되면서 빌렛으로 제조되고, 응고된 빌렛은 더미블록에 연이어 추출되면서 연속적으로 주조하는 단계로 구성된 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법을 특징으로 한다. In another aspect, the present invention is to prepare a magnesium alloy molten metal containing zinc and yttrium in the melting furnace, while injecting the magnesium alloy molten metal through the molten metal inlet of the cover installed on the billet casting mold of the continuous casting device shielded through a gas pipe Injecting a gas, the refrigerant is sprayed at an angle of 15 to 70 degrees to the surface of the mold and the surface of the billet extracted so that the surface temperature of the billet extracted in the billet casting mold injected with the molten metal is cooled to 350 ℃ or less 250 Cooling at a rate of ˜900 ° C./min, inserting and stirring the impeller into the melt zone where the molten metal solidifies through the impeller insertion through hole formed in the upper cover of the mold during the cooling of the mold, and stirring the stirred melt The solidified billet is made into a billet, and the solidified billet is extracted in succession and continuously cast into a dummy block. It is characterized by a method for producing a magnesium alloy billet.
상기 빌렛주조용 주형은 연속주조 방식의 주형이거나 원통형 주조방식의 도가니 주형인 것을 특징으로 하고 있으며,The billet casting mold is characterized in that the casting of the continuous casting method or the crucible mold of the cylindrical 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 is composed of a fixed cover and a removable cover, the fixed cover has a fixed jaw to be fixed to the inner diameter of the mold and a central space is formed, the removable cover is inscribed in the inner diameter of the central space of the fixed cover It has a removable jaw to be fixed and characterized in that the through-hole is formed in the center,
상기 연속주조 방식의 빌렛주조용 주형은 주형 주변에 냉매 분사노즐을 구비하여 냉매를 분사함으로써 냉각시키며,The continuous casting method billet casting mold has a refrigerant injection nozzle around the mold to cool by injecting a refrigerant,
상기 연속주조 방식의 빌렛주조용 주형은 필요에 따라 주형 주변에 전자기 교반장치가 더 설치되어 전자기 교반을 함께 수행하며, Billet casting mold of the continuous casting method is further provided with an electromagnetic stirring device around the mold to perform the electromagnetic stirring together,
상기 연속주조 방식의 빌렛주조용 주형에 설치된 커버는 그 상부에 턴디쉬 노즐이 삽입되도록 용탕주입구가 더 형성되어 있고,The cover installed in the continuous casting method billet casting mold is further formed with a molten metal inlet so that the tundish nozzle is inserted into the upper portion,
상기 임펠러는 모터에 의해 구동되며,The impeller is driven by a motor,
상기 도가니형 주형의 냉각은 별도로 구비된 냉각조 내에서 냉각되며,Cooling of the crucible mold is cooled in a separately provided cooling tank,
상기 냉각조는 냉매 분사노즐, 순환펌프, 주형 받침대가 구비되어 있으며,The cooling tank is provided with a refrigerant injection nozzle, a circulation pump, a mold support,
상기 주형의 커버는 탈착식으로 설치되어 있으며,The cover of the mold is installed detachably,
상기 주형에 설치된 임펠러는 빌렛이 응고하는 속도에 맞춰 머쉬존에서 상하로 이동되는 것을 특징으로 한다.The impeller installed in the mold is characterized in that the billet moves up and down in the mesh zone in accordance with the speed of solidification.
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 present invention, it is possible to uniformly disperse alloy elements such as zinc or cadmium with high specific gravity by performing alloy stirring by mechanical stirring while cooling the mold, by effectively performing mechanical stirring in the marsh zone region. It is possible to reduce the segregation in the low temperature process and to manufacture the fine grains, so that the plasticity is excellent compared to the magnesium alloy billets manufactured by the conventional method, so that the extrusion is easy and the quality uniformity is excellent.
도 1은 종래 중력주조법으로 제조한 빌렛의 사례를 나타낸 사진이다.1 is a photograph showing an example of a billet manufactured by a conventional gravity casting method.
도 2는 종래 직접 냉각(Direct Chilled) 연속주조로 제조한 빌렛의 중심부 균열 사진이다.2 is a photograph of the center crack of a billet manufactured by a conventional direct chilled continuous casting.
도 3은 종래의 전자교반을 이용한 마그네슘 연속주조장치 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a magnesium continuous casting apparatus using a conventional electron stirring.
도 4는 본 발명의 제1 교반방법으로 연속주조에서 EMC와 기계적 교반을 병용한 개념도이다.Figure 4 is a conceptual diagram using the EMC and mechanical stirring in a continuous casting in the first stirring method of the present invention.
도 5는 본 발명의 제2 교반방법으로 연속주조에서 기계적 교반만 적용한 개념도이다.5 is a conceptual view applying only mechanical stirring in the continuous casting in the second stirring method of the present invention.
도 6은 본 발명의 제2 교반방법으로 중력주조 주형에 적용한 개념도이다.6 is a conceptual diagram applied to gravity casting molds by the second stirring method of the present invention.
도 7은 본 발명에 의한 도가니 용해로의 단면도의 한 예이다.7 is an example of sectional drawing of the crucible melting furnace which concerns on this invention.
도 8은 본 발명 주형 커버의 예이다.8 is an example of the present invention mold cover.
도 9는 교반을 거친 마그네슘 빌렛의 단면조직 예이다.9 is an example of the cross-sectional structure of the magnesium billet after stirring.
도 10은 엘리베이터를 장착한 용해로에서 교반기를 작동하는 개념도이다.10 is a conceptual diagram of operating the stirrer in the melting furnace equipped with an elevator.
도 11은 본 발명의 탈착식 커버에 설치된 임펠러의 개념도이다.11 is a conceptual diagram of an impeller installed in the removable cover of the present invention.
도 12는 종래 기술로 제조한 빌렛의 중심부 현미경 주조조직 사진이다.12 is a micrograph of the cast microstructure of the billet manufactured by the prior art.
도 13은 본 발명에 의해 제조한 빌렛의 중심부 현미경 주조조직 사진이다.Figure 13 is a micrograph of the cast microstructure of the billet prepared according to the present invention.
도 14는 본 발명에 의해 제조한 빌렛의 압출재 외관사진이다.14 is an external photograph of the extruded material of the billet manufactured according to the present invention.
도 15는 본 발명에 의해 제조한 압출재의 단면 현미경 조직사진이다.15 is a cross-sectional microscopic histogram of the extruded material produced by the present invention.
도 16은 본 발명에 의해 제조한 압출재의 인장곡선이다.16 is a tensile curve of an extruded material produced by the present invention.
도 17은 본 발명에 의해 제조한 연속주조 빌렛의 외관사진이다.17 is a photograph of appearance of a continuous casting billet manufactured according to the present invention.
도 18은 본 발명에 의해 제조한 연속주조 빌렛의 단면사진이다.18 is a cross-sectional photograph of a continuous casting billet manufactured according to the present invention.
도 19는 본 발명에 의해 제조한 연속주조 빌렛의 현미경 조직사진이다.19 is a microscopic histogram of the continuous casting billet prepared according to the present invention.
이하 본 발명을 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described 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. 본 발명에서 제공하는 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치 및 제조방법은 연속주조방식과 원통형 주형 주조방식을 모두 포함한다.In casting a magnesium alloy billet, the present invention is characterized by reducing the segregation by miniaturizing the crystal grains produced during the solidification of the molten metal by stirring the molten metal in the mold by mechanical means during casting. Apparatus and method for manufacturing a magnesium alloy billet provided in the present invention include both a continuous casting method and a cylindrical mold 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 의해 주형으로부터 추출되면서 연속적으로 주조된다. 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 SF6, Ar 또는 CO2를 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 the case of the continuous casting method, as shown in FIGS. 4 and 5, the cover 3 is placed on the upper part of the mold 1, the dummy block 6 is installed at the lower part of the mold to prepare casting, and then the cover 3 is closed. While injecting the shielding gas 4 into the shielding gas pipe, the molten alloy prepared in a separate melting furnace is injected into the mold 1 through the molten metal inlet 5 formed in the cover of the continuous casting machine. The solidified billet is solidified into the billet 2 while being cooled by the refrigerant 7 sprayed onto the mold surface, and the solidified billet is continuously cast while being extracted from the mold by the dummy block 6 installed under the mold. At this time, the mold (1) into which the magnesium alloy molten metal is injected is first blocked by a sealing device such as a cover (3), in order to block the atmosphere, and the second is a shielding gas (4), for example SF6, Magnesium alloy molten metal is injected in a state in which Ar or CO2 is mixed with or separated from the atmosphere in an atmosphere used alone, and stirring of the molten metal is covered in a section of the mesh zone (8) in the center of the molten metal produced during cooling. Place the impeller 22 inserted through the through hole of 3) and drive the motor to stir the molten metal.
원통형 주형 방식으로 주조하는 경우에는 도7에 도시된 용해로 내에 빌렛주조용 도가니 주형(1-11)을 위치시켜 도가니 주형(1-1)에 마그네슘 지금과 합금원소들을 투입하여 합금용탕을 제조한 후, 합금 용탕이 들어 있는 도가니 주형을 도6에 도시된 바와 같이 도가니주형(1-1) 상부에 커버(3)를 씌운 다음, 용해로로부터 인출하여 냉각조(31)로 이동하여 받침대(32)에 안치시킨 후, 도가니 주형(1-1)에 냉매를 분사하여 합금 용탕을 냉각시켜 빌렛을 제조한다. In the case of casting by the cylindrical mold method, after placing the billet casting crucible mold (1-11) in the melting furnace shown in Fig. 7, the magnesium molten alloy and the alloying elements are added to the crucible mold (1-1) to manufacture the molten alloy. 6, the crucible mold containing the molten alloy is covered with the cover 3 on the top of the crucible mold 1-1, and then taken out from the melting furnace to move to the cooling tank 31 to the pedestal 32. After being deposited, a coolant is injected into the crucible mold 1-1 to cool the molten alloy to prepare a billet.
이 때 합금 용탕은 커버(3)에 형성된 차폐가스 배관을 통하여 주입되는 차폐가스에 의해 대기와 차단되고, 대기와 차단된 용탕은 냉각되면서 머쉬존 구간이 형성되고, 이 머쉬존 구간에 커버(3)에 형성된 관통구를 통하여 삽입된 임펠러(22)가 위치하여 모터의 구동에 의해 기계적으로 교반을 행한다. 교반된 용탕이 응고되면서 빌렛으로 제조되고, 이에 따라 머쉬존 구간도 상승하므로 응고속도에 따라 임펠러(22)를 상승시키면서 교반한다. At this time, the molten alloy is cut off from the atmosphere by the shielding gas injected through the shielding gas pipe formed in the cover 3, the molten metal blocked from the atmosphere is formed while the mash zone section is formed, the cover (3) The impeller 22 inserted through the through hole formed in Fig. 2) is positioned and mechanically agitated by the driving of the motor. As the stirred molten metal is solidified, the billet is manufactured, and thus the mash zone section also rises, thereby stirring while raising the impeller 22 according to the solidification speed.
상기 냉각조(31)는 순환펌프와 냉매분사노즐, 주형 받침대(32)로 구성되어 냉각조 하부의 냉매를 펌프로 끌어올려 냉매분사노즐을 통하여 도가니 주형(1-1)에 분사시키는 과정을 통하여 냉매가 순환되면서 주형(1-1)을 냉각시키도록 되어 있다.The cooling tank 31 is composed of a circulating pump, a refrigerant spray nozzle, and a mold support 32 to draw up the refrigerant in the lower portion of the cooling tank to the pump and to spray the crucible mold 1-1 through the refrigerant spray nozzle. The coolant circulates to cool the mold 1-1.
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 전자교반방식으로는 기대할 수 없기 때문이다. In the present invention, the stirring of the molten metal during the process of cooling the mold to solidify the molten metal, in particular, in the molten zone (mush zone) in which the solid phase and the liquid phase coexist in the stirring by mechanical means such as an impeller, The reason is that stirring the mash zone where precipitates are generated during cooling not only allows the precipitates to be uniformly mixed, but also finely disperses the precipitates generated during cooling, thereby forming lattice defects in the solid solution to form lamination defects, This is because it is possible to produce a billet excellent in plastic workability by increasing the slip system by easily generating twins and partial potentials, and in the molten metal of the present invention, which is weak in magnetization, such as magnesium, the effect of such stirring, that is, the fine dispersion of precipitates is maximized. To stir the magnetic stirring room outside the mold 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, only mechanical means can accurately stir the mash zone (8) section because it is possible to maximize the fine dispersion of precipitates generated 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. If the crystal nuclei produced by such agitation are evenly dispersed, the internal coagulation rate is increased from the surface of the billet, so that the grains become finer and segregation is reduced, thereby reducing the time required for the coagulation of the billet. .
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. Particularly, yttrium alloys form high temperature precipitates, which reduces the mash zone, resulting in a faster solidification rate and a faster extraction of billets at higher temperatures, which leads to increased casting speed and increased productivity for uniform diffusion of alloying elements in subsequent processes. There is an advantage to reduce the heat treatment and holding time.
또한, 본 발명은 기계적 교반을 임펠러로 행하는 것을 특징으로 하고 있는데, 그 이유는 도가니 커버를 관통하여 용탕에 삽입하고, 빌렛의 응고속도에 맞춰 이동하는 것이 용이하기 때문이다. 임펠러는 도11에 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. In addition, the present invention is characterized in that mechanical agitation is performed by an impeller because it is easily inserted through the crucible cover into the molten metal and moved in accordance with the solidification speed of the billet. The impeller is operated by a motor as a stirring device in which a small impeller 22 is attached to a lever 21 made of stainless steel as shown in FIG. 11, and the impeller is inserted into the molten metal through the crucible cover 3 and billeted. The reason for the movement according to the speed of solidification is that the alloy component can be promoted to be uniformly dispersed and dissolved, and the stirring can be omitted during the dissolution.
본 발명에 사용되는 임펠러(22)는 다른 금속이나 세라믹재료, 복합재료를 사용하거나 임펠러에 다른 재료를 증착, 도금, 침투하거나 용사코팅하는 것도 본 발명의 범주에 포함된다. 임펠러의 직경은 빌렛 직경의 1/5~2/3로 하며, 이보다 크면 부하로 인해 대형모터를 요구하게 되므로 제한한다. 또한 빌렛 직경의 1/5 미만에서는 교반효과가 미미하여 편석방지에 부적합하므로 제한한다. Impeller 22 used in the present invention is also included in the scope of the present invention using other metals, ceramic materials, composite materials, or depositing, plating, penetrating or spray coating other materials on the impeller. The diameter of the impeller is 1/5 to 2/3 of the diameter of the billet. If it is larger than this, it is limited because it requires a large motor due to the load. In addition, less than 1/5 of the billet diameter is limited because the stirring effect is inadequate to prevent segregation.
또한, 본 발명에서는 주형(1), (1-1)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. 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. In the present invention, when the surfaces of the molds (1) and (1-1) are cooled to cast the billet (2), the refrigerant (until the surface temperature of the billet extracted through the mold is cooled to 350 ° C or less) Water, a water-soluble polymer, thermal oil, nitrogen, argon, air, a fluid such as steam, or a mixture thereof) to circulate by installing a cooling jacket, or the refrigerant (7) on the surface of the mold and billet 15 ~ It is characterized by spraying to contact at 70 ° angle to adjust the cooling rate of 250 ~ 900 ℃ / min. The reason for determining the coolant spray angle is that some of the coolant is sprayed at less than 15 ° will not contact the mold and billet surface If the temperature exceeds 70 °, the coolant particles hitting the mold and billet surfaces may prohibit the smooth flow of the coolant and the mold and billet surfaces may not be cooled quickly and uniformly. In addition, the reason for adjusting the cooling rate is that if the cooling rate is lower than 250 ° C / min, segregation remains at the center of the billet during solidification, which may cause uneven plastic processability of the extruded product at a high temperature and may cause defects. If the speed is faster than 900 ℃ / min, the thickness of the shell on the billet surface is excessively increased, the amount of cutting is increased and the surface may be cracked due to the shrinkage stress.
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, when preparing a billet having a commercial size of 100 mm or more in diameter, a cooling rate of 250 to 900 ° C / min, and preferably 300 to 600 ° C / min, was confirmed to form a dense structure without central segregation or surface cracking.
또한 본 발명은 주형(1), (1-1)에 커버(3)를 씌우되, 커버에는 도8에 나타난 바와 같이, 임펠러 삽입이나 용탕을 주입하기 위한 관통구(11)가 하나 이상 형성되고 차폐가스 배관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하고 있는데, In addition, the present invention is to cover the mold (1), (1-1) cover 3, as shown in Figure 8, at least one through-hole 11 for inserting the impeller or injecting molten metal is formed It is characterized in that the shielding gas pipe is installed,
커버(3)를 설치하는 이유는 커버를 통하여 임펠러를 안정적으로 설치하고, 용탕을 대기로부터 효율적으로 차단하여 작업의 효율을 극대화할 수 있는 이점이 있기 때문이다.The reason why the cover 3 is installed is because the impeller is stably installed through the cover, and the molten metal is effectively blocked from the atmosphere, thereby maximizing work efficiency.
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 설치하거나, 도가니 주형(1-1)의 경우 임펠러 삽입용 관통구(11)를 중앙에 설치하고 필요시 다른 유입구를 주변에 설치할 수도 있다. 물론 이들의 위치를 바꾼다고 해서 효과가 줄어들지는 않는다.At this time, the impeller insertion through-hole 11 formed in the cover, in the case of the mold (1) of the continuous casting device, the molten inlet (5) is connected to the tundish in the center and the impeller insertion through-hole (11) to one side Alternatively, in the case of crucible mold 1-1, the impeller insertion through-hole 11 may be installed in the center, and other inlets may be installed around it if necessary. Of course, changing their positions does not diminish the effect.
커버(3)는 도8에 나타난 바와 같이 고정식 커버(12)와 탈착식 커버(13)로 이루어지고, The cover 3 is composed of a fixed cover 12 and a removable cover 13, as shown in FIG.
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. 또한 탈착식 커버는 관통구(11)를 중심으로 이분할하여 분할과 탈착이 가능하도록 분리하여 설치되며, 관통구(11)는 임펠러의 축이 통과할 정도의 내경을 가진다. 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. 만약 임펠러 직경에 비해 주형의 직경이 크게 차이 나지 않을 정도라면 커버는 탈착식 한조만으로 구성될 수 있다. The removable cover 13 has a removable jaw 16 on the lower surface thereof to be fixed to the inscribed circle of the fixed cover 12, and has a through hole 11 having a diameter sufficient for the impeller wing to pass therethrough. In addition, the removable cover is divided into two to be divided around the through hole 11 so as to be separated and installed to be detachable, and the through hole 11 has an inner diameter such that the shaft of the impeller passes. Detachable cover 13 has a detachable jaw 16 is formed on the lower surface is fixed to the fixed cover 12, if necessary to form a dowel and a pin, or a concave-convex coupling to each other to be assembled by separation Or to prevent separation. If the diameter of the mold is not significantly different from the diameter of the impeller, the cover may consist of only a removable pair.
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. The fixed cover 12 has a fixing jaw 15 at the bottom thereof to fix the inscribed circle of the mold, and the center portion is formed with a space to fix the removable cover 13.
또한 커버(3)에는 필요시 차폐가스 주입을 위한 가스 주입구와 용탕주입구를 추가로 형성할 수 있다. 이들 주입구의 위치는 중앙이나 한 쪽에 치우쳐 있거나 임펠러 관통구와 위치를 바꾸어도 효과에는 차이가 없다.In addition, the cover 3 may be further provided with a gas inlet and a molten metal inlet for shielding gas injection if necessary. The position of these inlets is centered or biased, or the position of the inlet is not different.
본 발명에서는 도 5와 도 6과 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. In the present invention, even if only mechanical stirring with a simple device as shown in Figure 5 and 6 can improve the casting productivity by improving the solidification rate while reducing segregation and obtain a uniform structure, as shown in Figure 4, 1000A around the mold The following low-power EMC can be installed at the same time with mechanical agitation, in which case the effects of agitation can be maximized.
이하에 실시예를 통해 본 발명을 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described through examples.
[실시예]EXAMPLE
엘리베이터식 전기용해로에서 Ar에 SF6를 부피비로 2~3% 혼합한 가스로 차폐한 평균 직경 180mm인 스테인리스강 도가니에 마그네슘 지금을 넣어 용해하고, 마그네슘 용탕 온도를 650~750℃로 유지하여 아연지금과 저융점 합금 원소를 투입한 후, 저융점 합금재료가 모두 녹으면 용탕온도를 상승하여 750~850℃로 유지하면서, 무게비로 이트륨 25% 농도인 마그네슘-이트륨 모합금 등 고융점 합금 원소를 투입하여 충분히 용해되도록 유지하였다. 이후 용해로 커버를 열고 차폐 가스로 용탕을 보호하면서 도 8의 고정식커버(12)를 장착하고 중앙 공간부를 통해 용탕 내에 직경 70mm 교반용 임펠러를 삽입한 후, 탈착식커버(13)를 장착하여 관통구(11)에 임펠러 축을 지지시키고, 임펠러를 100~300rpm으로 5초 정도 아래에서 위로 이동하면서 용탕을 교반하고 도가니를 엘리베이터로 인출하여 도 6과 같은 형태의 냉각조에 넣었다.In an elevator furnace, magnesium is now dissolved in a stainless steel crucible with an average diameter of 180 mm, shielded with Ar by a mixture of SF6 in a volume ratio of 2-3%, and the magnesium molten metal is kept at 650 to 750 ° C. After the low-melting alloy element is added, when all of the low-melting alloy material is melted, the molten metal temperature is increased and maintained at 750 to 850 ° C. A high-melting alloy element such as a magnesium-yttrium mother alloy containing 25% of yttrium is added by weight. Maintain sufficient dissolution. After opening the cover of the furnace and protecting the molten metal with shielding gas, the fixed cover 12 of FIG. 8 is mounted, and a 70 mm diameter stirring impeller is inserted into the molten metal through the central space, and then the removable cover 13 is mounted to provide a through hole ( 11), the impeller shaft was supported, the impeller was stirred at 100 to 300 rpm for 5 seconds while moving up from the bottom, and the crucible was taken out to the elevator and placed in a cooling tank as shown in FIG.
이어서 냉각수를 도가니 표면에 대해 15~70° 각도로 분사하면서 250∼900℃/min, 바람직하게는 300~600℃/min의 냉각속도로 도가니의 표면온도가 350℃ 이하로 냉각될 때까지 도가니 표면을 냉각하며, 냉각하는 중에 용탕이 머쉬존 온도구역인 500~650℃에 도달하면 탈착식 커버의 관통구를 통해 삽입된 교반용 임펠러를 머쉬존 구간에 위치시킨 후 천천히 아래에서 위로 이동하면서 100~300rpm으로 용탕을 5초 정도 교반하였다. 도가니가 상온으로 냉각된 후, 빌렛을 추출하여 열처리로에서 380℃의 온도로 3시간 가열하였다. The surface of the crucible is then cooled until the surface temperature of the crucible is cooled to 350 ° C. or lower at a cooling rate of 250 to 900 ° C./min, preferably 300 to 600 ° C./min while spraying cooling water at an angle of 15 to 70 ° relative to the surface of the crucible. When the molten metal reaches 500 ~ 650 ℃ which is the mash zone temperature zone during cooling, the stirring impeller inserted through the through hole of the removable cover is placed in the mash zone section, and then slowly moves from below to 100 ~ 300rpm. The molten metal was stirred for about 5 seconds. After the crucible was cooled to room temperature, the billets were extracted and heated at a temperature of 380 ° C. for 3 hours in a heat treatment furnace.
이와 같은 공정에 의해 제조된 빌렛의 성분조성이 표2에 나타나 있고, 그 빌렛의 중심부 주조조직사진이 도13에 나타나 있으며, 종래기술로 제조된 빌렛의 중심부 주조조직 사진이 도12에 나타나 있는데, 표2에서 보듯 1번 빌렛은 상하부의 성분차이 합이 0.37%, 2번 빌렛은 0.35%에 그쳐 균일한 조성으로 빌렛이 제조되었음을 보여주고 있으며, 도13에 나타난 바와 같이 본 발명으로 제조된 빌렛의 중심부 주조조직이 도12의 종래 기술로 제조된 빌렛 중심부 조직사진에 나타난 것보다 미세 석출물들이 보다 균일하게 분포한 것을 볼 수 있다.The composition of the billet manufactured by such a process is shown in Table 2, the center casting structure picture of the billet is shown in Figure 13, the center casting structure picture of the billet manufactured by the prior art is shown in Figure 12, As shown in Table 2, the first and second billets showed the sum of the upper and lower component differences of 0.37%, and the second billet was 0.35%, indicating that the billets were manufactured with a uniform composition. As shown in FIG. It can be seen that the core casting structure is more uniformly distributed with fine precipitates than shown in the billet central tissue photograph prepared by the prior art of FIG.
성분원소Element 1번 빌렛Billet No. 1 2번 빌렛Billet No. 2
상부Top 아연(%)zinc(%) 4.74.7 4.34.3
이트륨(%)yttrium(%) 0.950.95 1.391.39
하부bottom 아연(%)zinc(%) 4.64.6 4.14.1
이트륨(%)yttrium(%) 1.221.22 1.241.24
또한, 도14에는 본 실시예의 빌렛을 200℃(위)와 250℃에서 압출한 압출재들의 외관사진이 나타나 있으며, 도15에는 압출재의 단면에 대한 조직사진으로 좌측은 중앙부의 단면, 우측은 압출재의 가장자리 조직사진이 나타나 있고, 도16에는 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, Figure 14 shows an external photograph of the extruded material extruded billet of the present embodiment at 200 ℃ (above) and 250 ℃, Figure 15 is a structure photograph of the cross section of the extruded material in the left side of the cross section of the center portion, the right side The edge tissue photograph is shown, and FIG. 16 shows the tensile test results of the specimen 5t processed in the extruded state of 5mm thickness and the 2mm thick plate specimen 2t obtained by cutting both sides of the material by 1.5mm.
도14 및 도15에 따르면 본 실시예로 제조된 빌렛으로 압출한 압출재들이 변형이 적고 미려한 외관을 얻을 수 있도록 된 균일한 조직임을 알 수 있고, 도16에 따르면 본 발명의 압출재를 절삭가공하여 얻은 시편의 인장시험결과 소성가공성이 우수함을 알 수 있다. 14 and 15 it can be seen that the extruded materials extruded into the billet prepared in this embodiment is a uniform structure to obtain a low deformation and beautiful appearance, according to Figure 16 obtained by cutting the extruded material of the present invention Tensile test results indicate that the plasticity is excellent.
도17부터 도19에는 연속주조에 의해 제조한 빌렛의 외관과 단면 조직사진을 보여주고 있는데 본 발명에 의한 빌렛은 종래 기술로 제조된 빌렛보다 편석이 적고 균일한 단면조직을 얻을 수 있다.17 to 19 show the appearance and cross-sectional texture picture of the billet manufactured by continuous casting, the billet according to the present invention is less segregation than the billet manufactured by the prior art and can obtain a uniform cross-sectional structure.
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. Therefore, the billet manufactured according to the present invention is capable of uniform distribution of elements having a high specific gravity by mechanical agitation, and thus uniform dispersion of fine high temperature precipitates results in excellent work hardening and plastic workability, thereby showing excellent performance when used for extrusion. do.
[부호의 설명][Description of the code]
1 : 주형 2 : 빌렛 3 : 커버1: mold 2: billet 3: cover
4 : 차폐가스 5 : 용탕주입구 6 : 더미블록4: shielding gas 5: molten metal inlet 6: dummy block
7 : 냉매 8 : 머쉬존 11 : 관통구7 Refrigerant 8 Machin Zone 11 Through Hole
12 : 고정식 커버 13 : 탈착식 커버 15 : 고정턱12: fixed cover 13: removable cover 15: fixed jaw
16 : 탈착턱 22 : 임펠러 31 : 냉각조16: removable jaw 22: impeller 31: cooling tank
32 : 받침대32: pedestal

Claims (10)

  1. 마그네슘 합금 용탕을 주입하여 빌렛을 주조하도록 된 빌렛 주조용 주형과, 상기 주형의 표면을 냉각시켜 용탕을 응고시키기 위한 냉각수단으로 구성된 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치에 있어서, In the apparatus for producing a magnesium alloy billet comprising a billet casting mold for injecting a magnesium alloy molten metal to cast a billet, and a cooling means for cooling the surface of the mold to solidify the molten metal,
    상기 주형의 상부에는 임펠러 설치용 관통구가 형성되고 차폐가스를 주입하도록 된 가스배관이 구비된 커버가 설치되어 있으며, 상기 커버의 관통구를 통하여 삽입되어 합금용탕을 교반하기 위한 임펠러로 구성된 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The upper part of the mold is formed with an impeller installation through-hole is provided with a cover having a gas pipe to inject a shielding gas, it is inserted through the through hole of the cover characterized in that it consists of an impeller for stirring the molten alloy Apparatus for manufacturing magnesium alloy billet for extrusion
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 빌렛주조용 주형은 연속주조방식에 사용되거나 원통형 주조방식에 사용되는 것이고, 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 것이고, The billet casting mold is used in a continuous casting method or a cylindrical casting method, the cover is composed of a fixed cover and a removable cover, the fixed cover has a fixed jaw to be fixed to the inner diameter of the mold in the center The space portion is formed, the removable cover has a removable jaw to be fixed to the inner diameter of the central space portion of the fixed cover has a through-hole formed in the center,
    상기 임펠러는 그 직경이 빌렛 직경의 1/5~2/3인 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The impeller is the manufacturing apparatus of the magnesium alloy billet for extrusion, characterized in that the diameter is 1/5 ~ 2/3 of the billet diameter
  3. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 연속주조방식에 사용되는 빌렛주조용 주형은 그 주변에 전자기 교반장치가 더 설치되어 전자기 교반을 함께 행하도록 되어 있으며, 그 커버는 턴디쉬 노즐이 삽입되도록 용탕주입구가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The billet casting mold used in the continuous casting method is further provided with an electromagnetic stirring device in the vicinity thereof to perform electromagnetic stirring together, and the cover is further formed with a molten metal inlet for inserting a tundish nozzle. Apparatus for manufacturing magnesium alloy billet for extrusion
  4. 제2항에 있어서, The method of claim 2,
    상기 임펠러는 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The impeller is a device for producing an extrusion magnesium alloy billet, characterized in that driven by a motor
  5. 제2항에 있어서,The method of claim 2,
    상기 원통형 주조방식에 사용되는 빌렛주조용 주형은 도가니형 주형인 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치Billet casting mold used in the cylindrical casting method is a manufacturing apparatus of the magnesium alloy billet for extrusion, characterized in that the crucible mold
  6. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 도가니형 주형의 냉각은 별도로 구비된 냉각조 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치Cooling of the crucible-type mold is an apparatus for producing magnesium alloy billet for extrusion, characterized in that carried out in a separate cooling tank
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 냉각조는 냉매 분사 노즐, 순환펌프, 주형받침대가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The cooling tank is a manufacturing apparatus of the magnesium alloy billet for extrusion, characterized in that the refrigerant injection nozzle, circulation pump, the mold support is provided.
  8. 제5항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 도가니형 주형의 커버에 형성된 관통구를 통하여 삽입된 임펠러는 모터에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치Apparatus for manufacturing an extruded magnesium alloy billet, characterized in that the impeller inserted through the through-hole formed in the cover of the crucible mold is driven by a motor
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 임펠러는 빌렛이 응고하는 속도에 맞춰 머쉬존에서 상하로 이동되면서 작동되는 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조장치The impeller is a device for producing an extruded magnesium alloy billet, characterized in that the billet is operated while moving up and down in the mesh zone in accordance with the solidification speed
  10. 용해로에서 아연과 이트륨을 함유한 마그네슘 합금 용탕을 제조하는 단계, Preparing a molten magnesium alloy containing zinc and yttrium in a melting furnace,
    상기 마그네슘 합금 용탕을 연속주조장치의 빌렛 주조용 주형 상부에 설치된 커버의 용탕주입구를 통하여 주입하면서 가스배관을 통하여 차폐가스를 주입하는 단계, Injecting the shielding gas through the gas pipe while injecting the magnesium alloy molten metal through the molten metal inlet of the cover installed on the billet casting mold of the continuous casting device,
    상기 용탕이 주입된 빌렛주조용 주형에 추출되는 빌렛의 표면온도가 350℃이하로 냉각되도록 주형의 표면과 추출되는 빌렛의 표면에 15~70도 각도로 냉매를 분사하여 250~900℃/분의 속도로 냉각시키는 단계, The refrigerant is sprayed at an angle of 15 to 70 degrees on the surface of the mold and the surface of the billet to be extracted so that the surface temperature of the billet extracted into the billet casting mold into which the molten metal is injected is cooled to 350 ° C. or less. Cooling at speed,
    상기 주형의 냉각단계 중에 주형의 상부커버에 형성된 임펠러 삽입용 관통구를 통하여 임펠러를 용탕이 응고하는 머쉬존에 삽입하여 교반하는 단계, A step of inserting and stirring the impeller into the melt zone where the molten metal solidifies through the impeller insertion through hole formed in the upper cover of the mold during the cooling of the mold;
    상기 교반된 용탕이 응고되면서 빌렛으로 제조되고, 응고된 빌렛은 더미블록에 연이어 추출되면서 연속적으로 주조하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 압출용 마그네슘 합금 빌렛의 제조방법The stirred molten metal is solidified and manufactured as a billet, and the solidified billet is continuously extracted while being extracted in a dummy block.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0839220A (en) * 1994-07-29 1996-02-13 Mitsubishi Materials Corp Cover with peep hole for mold device
KR20060040054A (en) * 2004-11-04 2006-05-10 한국기계연구원 An apparatus for horizontal continuous casting of magnesium alloys plate and manufacturing method thereof
KR20110011363A (en) * 2009-07-28 2011-02-08 재단법인 포항산업과학연구원 Device for manufacturing magnesium alloy billet of large diameter
KR20130080371A (en) * 2012-01-04 2013-07-12 김태윤 Eco magnesium alloy and manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
KR20150017143A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 이인영 Magnesium alloy for extrusion with excellent plasticity―workability and method for producing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0839220A (en) * 1994-07-29 1996-02-13 Mitsubishi Materials Corp Cover with peep hole for mold device
KR20060040054A (en) * 2004-11-04 2006-05-10 한국기계연구원 An apparatus for horizontal continuous casting of magnesium alloys plate and manufacturing method thereof
KR20110011363A (en) * 2009-07-28 2011-02-08 재단법인 포항산업과학연구원 Device for manufacturing magnesium alloy billet of large diameter
KR20130080371A (en) * 2012-01-04 2013-07-12 김태윤 Eco magnesium alloy and manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
KR20150017143A (en) * 2013-08-06 2015-02-16 이인영 Magnesium alloy for extrusion with excellent plasticity―workability and method for producing the same

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