JPH01306046A - 半溶融金属の製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半溶融状態にある金属の結晶粒径か粗大化
することを防止し、微細な結晶粒を有する半溶融金属の
製造方法に関する。

〔従来の技術］ 一般に、溶融金属を原料として一次製品を製造する場合
は、溶融金属を鋳型内に鋳込み、鋳塊又は鋳片等を形成
し、その後、これを熱間加工及び冷間加工する。このよ
うな製造プロセスによれば、中間工程における熱エネル
ギ及び資源の損失が大きく、特に、製品が大型化又は多
量化した場合に、製造コストが大幅に上昇する。

近時、省エネルギ及び省資源を目的として、一つの工程
で溶融金属から一次製品をつくりだす半溶融加工プロセ
スが開発実用化されつつある。所謂、半溶融加工プロセ
スとは、鋳造工程及び熱間加工工程を複合化させたもの
をいい、中間工程を経由することなく、溶融金属から一
次製品を直接製造する方法をいう。すなわち、溶融金属
を所定温度域に冷却し、液相中に微細な固相を所定の割
合いで晶出させ、固液共存状態の半溶融金属とし、次い
で、これを加工装置に供給し、半溶融状態で成形加工し
て可能な限り最終製品に近い形状の一次製品を直接つく
りだす。

従来、半溶融金属の製造方法として、特開昭５１−９０
０４及び特開昭５５−７３４４５が知られている。これ
らの先行技術においては、水冷用冷却管で巻回された耐
火物るつぼに過熱状態の溶融金属を装入し、これを所定
温度域に冷却して液相中に固相を品出させ、半溶融状態
とする一方、攪拌用回転子をるつぼ内に挿入して半溶融
金属を攪伴し、晶出した固相を微細化する。そして、る
つぼ内の半溶融金属を鍛造装置等の加工機に直接供給し
、加工成形する。

このような半溶融加工プロセスによれば、省資源・省エ
ネルギを達成することができると共に、一般的に、粗大
樹脂状晶の発達が抑制され、微細な組織が得られる。ま
た、鋳造工程を省略して直接加工成形するので、内部割
れ及び偏析等の鋳造欠陥のない均一な組織が得られる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の加工プロセスにおける半溶融金属
の製造方法においては、るつぼ内で調整された半溶融金
属を次工程の加工機に移送する間に、又は移送通路にて
保持する間に、結晶粒（主として樹脂状品）が成長・粗
大化し、半溶融加工プロセスの特徴が失われてしまう。

このため、結晶粒が粗大化しないうちに、半溶融金属を
るつぼから次工程の加工機まで短時間移送する必要があ
り、移送量が規定されている場合には流速が制限される
ので、移送路の長さを可能な限り短くしなければならな
い。しかしながら、移送路の長さを短縮すると、プロセ
スが柔軟性に乏しいものとなり、種々の操業トラブルに
対処することができなくなるという問題点を生じる。

この発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって
、移送路における半溶融金属の結晶粒粗大化を防止する
ことができる半溶融金属の製造方法を提供することを目
的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る半溶融金属の製造方法は、良導体からな
る溶湯を、溶湯容器内にて冷却して液相中に固相が混在
する半溶融状態とし、これを次工程の加工手段に供給す
る半溶融金属の製造方法において、前記溶湯容器から次
工程の加工手段に至るまでの移送路に存在する半溶融状
態の溶湯に、所定電流密度の電流を間欠的に印加するこ
とを特徴とする。この場合に、印加電流の電流密度を１
００Ａ／ｃｍ２以上とすることが好ましい。

［作用］ この発明に係る半溶融金属の製造方法においては、過熱
状態にある良導体溶湯を溶湯容器に収容し、これを適正
温度域に冷却して液相中に固相が混在する半溶融状態と
する。すなわち、過熱溶湯を液相線及び固相線に挟まれ
た温度領域の適正温度に冷却すると、樹脂状品が晶出成
長し、これが粗大化するが、容器内におい−ては溶湯を
機械的に攪伴するので、粗大樹脂状晶が分断され、微細
化する。一方、溶湯容器から次工程の加工手段に至るま
での通路において、溶湯に電流を間欠的に印加する。こ
の結果、通電時にはピンチ効果による力が溶湯に作用し
、非通電時には力が作用しないので、溶湯が周期的に揺
動し、粗大化した樹脂状品が分断され、微細化する。

［実施例］ 以下、添附の図面を参照して、この発明の実施例につい
て具体的に説明する。

第１図は、この発明の実施例に係る半溶融金属の製造方
法に使用された製造装置の一例を模式的に示す図である
。所定容量のるつぼ１０に溶融金属５が収容されている
。るつぼの本体１１は、セラミック系耐火物でつくられ
ており、その上部側壁に溶湯供給用の注入管１２を有す
ると共に、その底部に吐出口１３が形成されている。冷
却管１５が本体１１の外周にコイル状に巻回され、本体
１１が水冷されるようになっている。この場合に、冷却
管１５は、本体１１の下部から溶融金属５の場面レベル
以上までの領域に巻回されていることが好ましい。蓋１
６が本体１１の開口に被せられ、Ｍ１６の孔を介して攪
拌用の回転子１８がるつぼ内に挿入され、その下部が溶
融金属５に浸漬されている。回転子１８の下端は吐出口
１３に嵌合するように形成されている。また、回転子１
８の上部は、回転装置（図示せず）及び昇降装置（図示
せず）に連結されている。

移送路２０が、るつぼ本体の底部吐出口１３に連通ずる
ように設けられ、これを介して半溶融状態の溶湯がるつ
ぼ１０から加工機４０に移送されるようになっている。

移送路２０は、その全経路が保温材（図示せず）により
保温されている。移送路２０の上流側及び下流側の適所
に電極２２の先端がそれぞれ差込まれ、電極２２を介し
て溶湯に電流が印加されるようになっている。これら１
対の電極２２は、コンデンサ２４を有する回路に接続さ
れ、回路の電１１３０から所定の電流が供給されると溶
湯を介して電極２２．２２間に電流が流れるようになっ
ている。すなわち、コンデンサ２４及びスイッチ２６が
直列に接続され、整流器２８、交流電源３０並びに抵抗
３２で［１カ成された直列回路がコンデンサ２４に対し
て並列に接続されている。スイッチ２６は、自動的にＯ
Ｎ費ＯＦＦするように構成されている。

この場合に、溶融金属５が非鉄系の溶出である場合は、
回転子１８にハイアルミナ等の高融点耐火物を用い、電
極２２に黒鉛（Ｃ）、炭化珪素（Ｓ　ｉ　Ｃ）若しくは
炭化タングステン（ＷＣ）を用いることが好ましい。一
方、溶融金属５が鉄系の溶湯である場合は、回転子１８
にノ＼イアルミナ以外の高融点耐火物を用い、電極２２
にマグネシア・カーボン（ＭｇＯ−Ｃ）又はタングステ
ン（Ｗ）を用いることが好ましい。また、移送路２０は
、高絶縁性の耐火物でつくられている。また、この場合
に、コンデンサ２４の容量は１０００μＦである。

次に、上記装置を用いて、アルミニウムー銅（Ａｌｌ’
−２４Ｃｕ）合金の鍛造品を製造する場合について説明
する。

溶湯注入前において、るつぼ本体１１及び移送路２０を
所定温度に予熱すると共に、回転子１８の下端を吐出口
１３に嵌合させ、溶湯５が鍛造用加工機４０の側へ流出
しないようにしておく。過熱状態の溶融アルミニウムー
銅（Ａ、ｌ！　−２４Ｃｕ）合金を、注入管１２を介し
てるつぼ１０に注入する。注入溶湯を、合金の液相線よ
り低く、固相線より高い温度領域の適正温度に水冷し、
液相中に所定量の固相（主として樹脂状晶）を晶出させ
、半溶融状態とする。回転子１８を毎分１０００〜１７
００回転させ、溶湯５を攪拌する。この攪拌により粗大
樹脂状品が分断されて微細化する。すなわち、溶湯５を
るつぼ内において長時間保持する場合に、樹脂状品が大
きく成長し、約２００ミクロンを超えるサイズに粗大化
するが、これを攪拌により約１００　ミクロン以下のサ
イズとする。次いで、回転子１８を引き上げ、半溶融状
態の金属溶湯を移送路２０を介して加工機４０に供給す
る。この場合に、図示しない圧送装置によりるつぼ１０
の内圧を高め、溶湯５を圧送することが好ましい。移送
路２０における溶ｌＨの流速は、圧送装置の能力、加工
機４０の能力並びに移送路２０の径等により規制される
。このため、溶湯を短時間で加工機４０に移送できず、
移送中において樹脂状品が成長し、再び粗大化する。ま
た、加工機４０における加工時ち時間や生産スケジュー
ルの都合等により半溶融金属の移送を一時停止する必要
があり、この場合にも溶湯保持中において樹脂状品が成
長・粗大化する。

しかしながら、移送路２０においては、電極２２を介し
て溶湯に電流を印加するので、粗大化した樹脂状品を微
細化することができる。すなわち、スイッチ２６を所定
間隔でＯＮ・ＯＦＦさせ、コンデンサ２４に充電された
電気エネルギを周期的に放出し、電極２２を介して溶湯
に間欠的に電流を印加する。溶湯に電流を印加すると、
溶出中を平行電流が流れ、この平行電流が相互に引合う
ことにより生じる力、所謂ピンチ効果による力（以下、
ピンチ力という）が発生する。ピンチ力Ｆが溶湯に作用
すると、移送路２０内の溶湯が揺動し、粗大樹脂状品が
分断される。このピンチ力Ｆは、電流密度Ｉの二乗に比
例して増大するので、電流密度を高ぐするに従って樹脂
状品の分断効果が高まる。このようにして微細化された
固相を有する半溶融金属を、鍛造用加工機４０に圧入し
、所定形状の製品に成形する。この場合に、スイッチ２
６を開にした状態でコンデンサ２４に４０００ボルトの
電圧をかけて充電し、スイッチ２６を閉にしてコンデン
サ２４から電流密度が毎平方センナメートル１００アン
ペアの電流を１対の電極２２に供給する。このコンデン
サ電流を約１０秒間隔の周期で溶湯に印加しつつ、溶湯
を移送する。

第２図は、横軸に電流密度Ｉをとり、縦軸にピンチ力Ｆ
をとって、両者の関係を曲線Ａを用いて示すグラフ図で
ある。図から明らかなように、電流密度■が増加するに
従って、ピンチ力Ｆが急速に増大する。

ところで、発明者等は、鉄系及び非鉄系の各種合金の粗
大樹脂状晶を分断するに必要なピンチ力Ｆについて検討
した結果、合金の種類に実質的に関係なく、Ｆが０．２
ニユ一トン以上の条件で２００ミクロンを超える粗大樹
脂状晶を分断できるという知見を得た。これは、換言す
ると、印加電流の電流密度が１００（Ａ／ｃ１１２）以
上の値に相当するものである。因みに、分断に必要な最
小限の力Ｆが合金の種類に拘らずほぼ一定の値となる理
由は、固液共存の不安定状態においては成分の相違が結
晶の結合力に影響する程度が低く、結晶に僅かなエネル
ギを加えるだけでその連鎖が崩壊するためと考えている
。

次に、第３図を参照しつつ効果について説明する。

第３図は、横軸に溶湯の保持・移送時間をとり、縦軸に
るつぼ内溶湯の結晶粒径を基準として結晶粒径の粗大化
の比率をとって、従来の方法と本発明の方法とを比較す
るグラフ図である。図中、白丸は従来の製造方法おける
測定結果をプロットしたものであり、曲線Ｂはこれらを
相互に結んだものである。また、図中、黒丸は本発明の
製造方法における測定結果をプロットしたものであり、
直線Ｃはこれらを相互に結んだものである。図から明ら
かなように、保持・移送時間に約７０秒を要した場合に
、従来の方法では樹脂状晶が初期粒径の約３．６倍の大
きさに達し、著しく粗大化するが、本発明の方法によれ
ば実質的に初期粒径を維持することができた。

なお、上記実施例では、アルミニウム−２４銅合金の鍛
造品を製造する場合について説明したが、これに限られ
ることなく、この発明により他の非鉄合金又は鉄系合金
からなるダイキャスト製品又は圧延製品を製造すること
もできる。

また、上記実施例では、コンデンサ及び０Ｎ−ＯＦＦス
イッチを有する回路を用いて溶湯に間欠的に電流を印加
する場合について説明したが、これに限られることなく
、他の回路を用いることも可能である。

［発明の効果］ この発明によれば、保持又は移送中における半溶融金属
の結晶粒粗大化を有効に阻止することができる。このた
め、移送路の長さを従来より延長しても、半溶融加工プ
ロセスの特徴を損うことがないので、プロセスの柔軟性
を高めることができ、種々のトラブルに対処することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例に係る半溶融金属の製造方法
に使用された装置を模式的に示す断面図、第２図は電流
密度とピンチ力との関係を示すグラフ図、第３図は従来
の方法とこの発明の方法とを比較してこの発明の効果に
ついて説明するためのグラフ図である。 ５；半溶融金属、１０；るつぼ、１２；注入管、１３；
吐出口、１５；冷却管；１８；回転子、２０；移送路、
２２；電極、２４；コンデンサ、２６；スイッチ、２８
；整流器、３０；電源、３２；抵抗、４０；加工機。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第　１　口 ’！５九２３）Ｌ　Ｉ（Ａ／ｃｍ２） 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）良導体からなる溶湯を、溶湯容器内にて冷却して
   液相中に固相が混在する半溶融状態とし、これを次工程
   の加工手段に供給する半溶融金属の製造方法において、
   前記溶湯容器から次工程の加工手段に至るまでの移送路
   に存在する半溶融状態の溶湯に、所定電流密度の電流を
   間欠的に印加することを特徴とする半溶融金属の製造方
   法。
2. （２）印加電流の電流密度を１００Ａ／ｃｍ＾２以上と
   することを特徴とする請求項１記載の半溶融金属の製造
   方法。