JPH01129935A - 自溶性撹拌棒による微細化結晶金属材料の製造方法 - Google Patents
自溶性撹拌棒による微細化結晶金属材料の製造方法Info
- Publication number
- JPH01129935A JPH01129935A JP28681187A JP28681187A JPH01129935A JP H01129935 A JPH01129935 A JP H01129935A JP 28681187 A JP28681187 A JP 28681187A JP 28681187 A JP28681187 A JP 28681187A JP H01129935 A JPH01129935 A JP H01129935A
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- Japan
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- stirring rod
- molten metal
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- metal
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- Refinement Of Pig-Iron, Manufacture Of Cast Iron, And Steel Manufacture Other Than In Revolving Furnaces (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、微細化結晶構造を有する金属材料を製造する
方法に関するものであり、さらに詳しくは、自溶性攪拌
棒を用いて異物が混入しない微細化結晶金属材料を製造
する方法に関するものである。
方法に関するものであり、さらに詳しくは、自溶性攪拌
棒を用いて異物が混入しない微細化結晶金属材料を製造
する方法に関するものである。
［従来の技術］
従来から、化学元素を添加せずに結晶粒を微細化した金
属材料を製造する方法として、粉末冶金法の外にＦＪ型
回転スクレーパ凝固法やレオキャスト法などの鋳造法が
知られている。前者の鋳型回転スクレーパ凝固法は、溶
融アルミニウム合金を軟鋼製撹拌棒で凝固中に攪拌する
ものであり、後者のレオキャスト法は、合金材料を溶解
後、溶湯と化学反応しないアルミナなどのセラミック類
の撹拌棒で凝固中に撹拌するものである。
属材料を製造する方法として、粉末冶金法の外にＦＪ型
回転スクレーパ凝固法やレオキャスト法などの鋳造法が
知られている。前者の鋳型回転スクレーパ凝固法は、溶
融アルミニウム合金を軟鋼製撹拌棒で凝固中に攪拌する
ものであり、後者のレオキャスト法は、合金材料を溶解
後、溶湯と化学反応しないアルミナなどのセラミック類
の撹拌棒で凝固中に撹拌するものである。
この種の方法では、いずれも溶湯を撹拌棒で攪拌するが
、その場合に１次のような問題がある。
、その場合に１次のような問題がある。
即ち、上記撹拌棒としては、１１１熱性や高温強度にお
いて優れた材料からなるものが用いられるが、特に高融
点金属合金を対象とする場合には、攪拌時に撹拌棒の一
部が溶解し、あるいは凝固中の攪拌においてその一部が
削られたり破損して溶湯内に混入することがある。
いて優れた材料からなるものが用いられるが、特に高融
点金属合金を対象とする場合には、攪拌時に撹拌棒の一
部が溶解し、あるいは凝固中の攪拌においてその一部が
削られたり破損して溶湯内に混入することがある。
このような問題を解決するため１本発明者らは、各種材
料か、らなる撹拌棒を用いて実験的に種々の溶湯の攪拌
を行った結果、銅及び銅合金程度の融点までは黒鉛の撹
拌棒で問題なく攪拌できるが、それ以上の高温で溶解す
る鉄やニッケル基合金等の場合には、高温における強度
が十分でないばかりでなく、撹拌棒の黒鉛と溶湯が化学
的に反応して炭化物を作り、それが溶湯に混入すること
を確かめた。また、他のセラミック等からなる撹拌棒を
用いても、凝固により固相が多くなってきたときに削ら
れ、それが溶湯内に混入することがわかった。
料か、らなる撹拌棒を用いて実験的に種々の溶湯の攪拌
を行った結果、銅及び銅合金程度の融点までは黒鉛の撹
拌棒で問題なく攪拌できるが、それ以上の高温で溶解す
る鉄やニッケル基合金等の場合には、高温における強度
が十分でないばかりでなく、撹拌棒の黒鉛と溶湯が化学
的に反応して炭化物を作り、それが溶湯に混入すること
を確かめた。また、他のセラミック等からなる撹拌棒を
用いても、凝固により固相が多くなってきたときに削ら
れ、それが溶湯内に混入することがわかった。
［発明が解決しようとする問題点］゛
本発明の目的は、上述した微細化結晶金属材料の製造に
際し、回転攪拌凝固中に攪゛拌棒ｔＶｐ！損による溶湯
材料の汚染を皆無とし、所期の化学組成を有する均質微
細なミクロ組織の金属材料を製造する方法を提供しよう
とするものである。
際し、回転攪拌凝固中に攪゛拌棒ｔＶｐ！損による溶湯
材料の汚染を皆無とし、所期の化学組成を有する均質微
細なミクロ組織の金属材料を製造する方法を提供しよう
とするものである。
［問題点を解決するための手段１作用コ上記目的を達成
するため、本発明の微細化結晶金属材料の製造方法は、
溶湯内に撹拌棒を挿入し、その溶湯の冷却過程において
撹拌棒を回転させて結晶粒を微細化するに際し、その溶
湯の攪拌に、溶湯と同一組成の材料により形成した自溶
性−撹拌棒を用いることを特徴とするものである。
するため、本発明の微細化結晶金属材料の製造方法は、
溶湯内に撹拌棒を挿入し、その溶湯の冷却過程において
撹拌棒を回転させて結晶粒を微細化するに際し、その溶
湯の攪拌に、溶湯と同一組成の材料により形成した自溶
性−撹拌棒を用いることを特徴とするものである。
このように、溶湯と同一組成の材料により形成した自溶
性攪拌棒を用いると、その撹拌棒の一部が溶融し、削り
取られ、あるいは凝固中の固相と一接触して破損しても
、溶湯材料の汚染が皆無であり、所期の化学組成を有す
る均質微細なミクロ組織の金属材料を製造することがで
きる。
性攪拌棒を用いると、その撹拌棒の一部が溶融し、削り
取られ、あるいは凝固中の固相と一接触して破損しても
、溶湯材料の汚染が皆無であり、所期の化学組成を有す
る均質微細なミクロ組織の金属材料を製造することがで
きる。
上記自溶性攪拌棒は、−ｍ的には溶湯と全く同一組成の
材料により形層す゛るが、例えば溶湯が非金属粒子や短
繊維からなる強化材を含み、しかもそれらの強化材の含
有量を極めて正確に保つ必要がない場合等には、そのよ
うな強化材を含まない溶湯と同一組成のものとすること
ができる。
材料により形層す゛るが、例えば溶湯が非金属粒子や短
繊維からなる強化材を含み、しかもそれらの強化材の含
有量を極めて正確に保つ必要がない場合等には、そのよ
うな強化材を含まない溶湯と同一組成のものとすること
ができる。
［実施例］
以下に、本発明の方法の実施に用いる微細２化結晶金属
材料の製造装置、及びその装置を用いて行った実験の結
果について説明する。
材料の製造装置、及びその装置を用いて行った実験の結
果について説明する。
第１図は、上記製造装置の断面図を示している。同図に
示す装置は、前面に開閉扉を持つチャンバ本体Ｉが真空
容器を構成し、その内部をエアシリンダ３で開閉される
モリブデン製のシャッタ２により上下に区画して、下方
の加熱室４内にタングステン加熱炉、５を配置すると共
に、上方の冷却室Ｂ内に、水冷外筒７及びその冷却外筒
７内に上方から垂下した撹拌棒９を配置し、この撹拌棒
３をトルクモータで回転駆動される回転軸１０に取付け
ている。
示す装置は、前面に開閉扉を持つチャンバ本体Ｉが真空
容器を構成し、その内部をエアシリンダ３で開閉される
モリブデン製のシャッタ２により上下に区画して、下方
の加熱室４内にタングステン加熱炉、５を配置すると共
に、上方の冷却室Ｂ内に、水冷外筒７及びその冷却外筒
７内に上方から垂下した撹拌棒９を配置し、この撹拌棒
３をトルクモータで回転駆動される回転軸１０に取付け
ている。
上記撹拌棒９としては、前述したように、溶湯と同一の
化学組成の金属または合金材料により形成したもの、即
ち自溶性攪拌棒が用いられる。
化学組成の金属または合金材料により形成したもの、即
ち自溶性攪拌棒が用いられる。
なお１図中、１５は反射板、１６は覗窓、 ＋７は測温
口を示している。
口を示している。
この装置においては、チャンバ本体１内を図示しない真
空源に接続して、真空排気後、炉内のアルミナ坩堝１２
中で供試材を加熱溶解し、その溶解後、炉上のシャッタ
２を開放して、チャンバ本体ｌの下面を貫通する支持棒
１１を昇降可能にした坩堝昇降機構により、上記アルミ
ナ坩堝１２を水冷外筒７内まで上昇させ１．坩堝１２内
の溶湯中に上記自溶性攪拌棒８を挿入して、冷却室５内
における急速な冷却過程において、その撹拌棒９の回転
により半凝固供試材を攪拌させる。
空源に接続して、真空排気後、炉内のアルミナ坩堝１２
中で供試材を加熱溶解し、その溶解後、炉上のシャッタ
２を開放して、チャンバ本体ｌの下面を貫通する支持棒
１１を昇降可能にした坩堝昇降機構により、上記アルミ
ナ坩堝１２を水冷外筒７内まで上昇させ１．坩堝１２内
の溶湯中に上記自溶性攪拌棒８を挿入して、冷却室５内
における急速な冷却過程において、その撹拌棒９の回転
により半凝固供試材を攪拌させる。
この場合、まず、撹拌棒８を坩堝１２内に挿入し、直ち
に回転を開始して、その坩堝１２内の溶湯の冷却過程で
は撹拌棒３を低速回転させ、材料がほぼ凝固開始温度に
到達したときに撹拌棒の回転速度を上昇させて、高速回
転攪拌を行うことにより、生成結晶を破砕して微細化す
る。そのため、上記高速回転は凝固後半もしくは最も長
くて凝固終了直前まで続行し、凝固前に撹拌棒を供試材
から引抜く。
に回転を開始して、その坩堝１２内の溶湯の冷却過程で
は撹拌棒３を低速回転させ、材料がほぼ凝固開始温度に
到達したときに撹拌棒の回転速度を上昇させて、高速回
転攪拌を行うことにより、生成結晶を破砕して微細化す
る。そのため、上記高速回転は凝固後半もしくは最も長
くて凝固終了直前まで続行し、凝固前に撹拌棒を供試材
から引抜く。
上記撹拌棒３は、供試材と組成が同一の金属または合金
により形成したものであるから、上述した攪拌中に溶湯
との接触により一部溶解し、あるいは一部が削られるこ
ともあるが、それによって供試材の化学組成が変わるこ
とはない。
により形成したものであるから、上述した攪拌中に溶湯
との接触により一部溶解し、あるいは一部が削られるこ
ともあるが、それによって供試材の化学組成が変わるこ
とはない。
次に、°上記装置による実験例について説明する。
まず、第１図の装置のチャンバ本体１内における下段の
タングステン加熱炉５で真空溶解した第１表に示す化学
組成の片状黒鉛鋳鉄を、その液相線直上１００℃におい
て３０分間保持した。その後、加熱炉５の直上のシャッ
タ２を開放し、溶湯を坩堝昇降機構で上昇させ、水冷外
筒７内の中央において、その溶湯にそれと同組成の片状
黒鉛鋳鉄製撹拌棒９を挿入し、撹拌棒８の下端を坩堝１
２内壁底面のｌｈｍ直上で停止した。その直後、供試材
を冷却しながら撹拌棒９を１１００Ｏｒｐ以下で回転さ
せ、供試材の凝固開始と同時に撹拌棒９の回転速度を２
０００〜４２００ｒｐｍへ上昇させ、凝固後半までその
一定速度を持続した。
タングステン加熱炉５で真空溶解した第１表に示す化学
組成の片状黒鉛鋳鉄を、その液相線直上１００℃におい
て３０分間保持した。その後、加熱炉５の直上のシャッ
タ２を開放し、溶湯を坩堝昇降機構で上昇させ、水冷外
筒７内の中央において、その溶湯にそれと同組成の片状
黒鉛鋳鉄製撹拌棒９を挿入し、撹拌棒８の下端を坩堝１
２内壁底面のｌｈｍ直上で停止した。その直後、供試材
を冷却しながら撹拌棒９を１１００Ｏｒｐ以下で回転さ
せ、供試材の凝固開始と同時に撹拌棒９の回転速度を２
０００〜４２００ｒｐｍへ上昇させ、凝固後半までその
一定速度を持続した。
第１表
このようにして得られた回転攪拌凝固材と普通鋳造材と
を比較した一例を、第２図及び第３図に示す、第２図は
、供試材の凝固開始後に３００Ｏｒｐｍで回転攪拌凝固
した片状黒鉛鋳鉄のミクロ組織であり、第３図は溶湯を
砂型に鋳込んだ片状黒鉛鋳鉄のミクロ組織である。
を比較した一例を、第２図及び第３図に示す、第２図は
、供試材の凝固開始後に３００Ｏｒｐｍで回転攪拌凝固
した片状黒鉛鋳鉄のミクロ組織であり、第３図は溶湯を
砂型に鋳込んだ片状黒鉛鋳鉄のミクロ組織である。
このような実験結果の組織観察によると、第３図の砂型
鋳造材に比べて第２図の回転攪拌凝固材は片状黒鉛が著
しく均質微細化されている。また、高融点材料の回転撹
拌凝固中によ≦見られる撹拌棒の破損による供試材への
異物の混入がなく、極めて清浄なミクロ組織の金属材料
を得ることができた。
鋳造材に比べて第２図の回転攪拌凝固材は片状黒鉛が著
しく均質微細化されている。また、高融点材料の回転撹
拌凝固中によ≦見られる撹拌棒の破損による供試材への
異物の混入がなく、極めて清浄なミクロ組織の金属材料
を得ることができた。
［発明の効果］
以上に詳述した本発明の製造方法によれば、溶湯内に撹
拌棒を挿入して、その溶湯の冷却過程において撹拌棒を
回転させ、結晶粒をｗｌｌｉｌＩＩ化するに際し、自溶
性攪拌棒による攪拌という極めて簡単な手段により、異
物の混入がない所期の均質微細なミクロ組織をもつ金属
材料を得ることができる。
拌棒を挿入して、その溶湯の冷却過程において撹拌棒を
回転させ、結晶粒をｗｌｌｉｌＩＩ化するに際し、自溶
性攪拌棒による攪拌という極めて簡単な手段により、異
物の混入がない所期の均質微細なミクロ組織をもつ金属
材料を得ることができる。
第１図は本発明の方法の実施に用いる製造装置の構成例
を示す断面図、第２図は本発明の方法により得られた片
状黒鉛鋳鉄のミクロ金属組織を示す図面代用写真、第３
図は溶湯を砂型に鋳込んだ場合の同様な片状黒鉛鋳鉄の
ミクロ金属組織を示す図面代用写真である。 ８・・撹拌棒。
を示す断面図、第２図は本発明の方法により得られた片
状黒鉛鋳鉄のミクロ金属組織を示す図面代用写真、第３
図は溶湯を砂型に鋳込んだ場合の同様な片状黒鉛鋳鉄の
ミクロ金属組織を示す図面代用写真である。 ８・・撹拌棒。
Claims (1)
- １、溶湯内に撹拌棒を挿入し、その溶湯の冷却過程にお
いて撹拌棒を回転させて結晶粒を微細化するに際し、そ
の溶湯の攪拌に、溶湯と同一組成の材料により形成した
撹拌棒を用いることを特徴とする自溶性攪拌棒による微
細化結晶金属材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28681187A JPH01129935A (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 自溶性撹拌棒による微細化結晶金属材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28681187A JPH01129935A (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 自溶性撹拌棒による微細化結晶金属材料の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129935A true JPH01129935A (ja) | 1989-05-23 |
| JPH0580523B2 JPH0580523B2 (ja) | 1993-11-09 |
Family
ID=17709351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28681187A Granted JPH01129935A (ja) | 1987-11-13 | 1987-11-13 | 自溶性撹拌棒による微細化結晶金属材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01129935A (ja) |
-
1987
- 1987-11-13 JP JP28681187A patent/JPH01129935A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0580523B2 (ja) | 1993-11-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |