JPH0617161A - 機械的特性等の優れた金属材料の製造方法 - Google Patents
機械的特性等の優れた金属材料の製造方法Info
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- JPH0617161A JPH0617161A JP4172658A JP17265892A JPH0617161A JP H0617161 A JPH0617161 A JP H0617161A JP 4172658 A JP4172658 A JP 4172658A JP 17265892 A JP17265892 A JP 17265892A JP H0617161 A JPH0617161 A JP H0617161A
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- temperature
- molten metal
- morphological change
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C45/00—Amorphous alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 非晶質単相組織を備えたMg合金製金属材料
を得る。 【構成】 石英管10の大径管部12内で非晶質組成の
Mg合金よりなる過冷却液体Lを溶製する。過冷却液体
Lを小径管部13内へ流動させることによって別形態に
変化させる。この形態変化により過冷却液体Lは昇温
し、この昇温効果によって過冷却液体Lの温度を均一化
して、不均一な結晶核の生成を抑制する。石英管10を
ウオータバス中に投下し、過冷却液体Lを水冷により凝
固させる。
を得る。 【構成】 石英管10の大径管部12内で非晶質組成の
Mg合金よりなる過冷却液体Lを溶製する。過冷却液体
Lを小径管部13内へ流動させることによって別形態に
変化させる。この形態変化により過冷却液体Lは昇温
し、この昇温効果によって過冷却液体Lの温度を均一化
して、不均一な結晶核の生成を抑制する。石英管10を
ウオータバス中に投下し、過冷却液体Lを水冷により凝
固させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、機械的特性等の優れた
金属材料の製造方法に関する。
金属材料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種金属材料としては、非晶質
合金、過飽和固溶体等の準安定相を備えたものや、微細
で且つ均一な結晶質単相組織を備えたものが知られてい
る。これら金属材料の製造に当っては、Heガスを用い
た高圧ガスアトマイズ法等の液体急冷法が採用されてい
る。
合金、過飽和固溶体等の準安定相を備えたものや、微細
で且つ均一な結晶質単相組織を備えたものが知られてい
る。これら金属材料の製造に当っては、Heガスを用い
た高圧ガスアトマイズ法等の液体急冷法が採用されてい
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液体急
冷法においては、その冷却速度が金属材料の機械的特性
等を左右するため、より高い冷却速度が求められてお
り、工業的生産性に欠ける、といった問題がある。
冷法においては、その冷却速度が金属材料の機械的特性
等を左右するため、より高い冷却速度が求められてお
り、工業的生産性に欠ける、といった問題がある。
【0004】本発明は前記に鑑み、冷却速度を低くして
も前記準安定相等を備えた金属材料を得ることのできる
工業的生産性の良好な前記製造方法を提供することを目
的とする。
も前記準安定相等を備えた金属材料を得ることのできる
工業的生産性の良好な前記製造方法を提供することを目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る機械的特性
等の優れた金属材料の製造方法は、金属よりなる過冷却
液体を基本形態より流動させて別形態に変化させること
により昇温させ、次いで前記過冷却液体をそれに冷却処
理を施して凝固させることを特徴とする。
等の優れた金属材料の製造方法は、金属よりなる過冷却
液体を基本形態より流動させて別形態に変化させること
により昇温させ、次いで前記過冷却液体をそれに冷却処
理を施して凝固させることを特徴とする。
【0006】
【作用】過冷却液体は高い粘度を有するので、これを基
本形態より流動させて別形態に変化させると、内部抵抗
(摩擦)により昇温する。この昇温効果により過冷却液
体の温度を均一化して、不均一な結晶核の生成を抑制す
ることができる。このような過冷却液体からは、従来法
よりも冷却速度の低い冷却処理、例えば水冷によって
も、非晶質単相組織等を備えた機械的特性等の優れた金
属材料を得ることができる。
本形態より流動させて別形態に変化させると、内部抵抗
(摩擦)により昇温する。この昇温効果により過冷却液
体の温度を均一化して、不均一な結晶核の生成を抑制す
ることができる。このような過冷却液体からは、従来法
よりも冷却速度の低い冷却処理、例えば水冷によって
も、非晶質単相組織等を備えた機械的特性等の優れた金
属材料を得ることができる。
【0007】
【実施例】本発明者は、各種金属よりなる種々の過冷却
液体を基本形態より流動させて別形態に変化させ、それ
らの昇温効果を調べたところ、その昇温効果は、過冷却
液体の形態変化開始時の粘度、形態変化速度および形態
変化率によって影響を受ける、ということを究明した。
液体を基本形態より流動させて別形態に変化させ、それ
らの昇温効果を調べたところ、その昇温効果は、過冷却
液体の形態変化開始時の粘度、形態変化速度および形態
変化率によって影響を受ける、ということを究明した。
【0008】以下、昇温効果に影響を与える各因子につ
いて説明する。 I.過冷却液体の形態変化開始時の粘度A 図1に示すように、ヒータ1を有し、且つ全体を均一温
度に保持し得る機能を備えた粘度測定用金型2内に、M
g65Cu25Y10(数値は原子%、融点711K)といっ
た非晶質組成を有するMg合金を投入し、次いでMg合
金を溶解して融点以上の溶湯3を調製し、その後溶湯3
を自然冷却によって徐々に降温しつつその溶湯3の温度
をサーモカップルTCにより測定した。この場合、溶湯
の基本形態は金型2に倣った形態である。
いて説明する。 I.過冷却液体の形態変化開始時の粘度A 図1に示すように、ヒータ1を有し、且つ全体を均一温
度に保持し得る機能を備えた粘度測定用金型2内に、M
g65Cu25Y10(数値は原子%、融点711K)といっ
た非晶質組成を有するMg合金を投入し、次いでMg合
金を溶解して融点以上の溶湯3を調製し、その後溶湯3
を自然冷却によって徐々に降温しつつその溶湯3の温度
をサーモカップルTCにより測定した。この場合、溶湯
の基本形態は金型2に倣った形態である。
【0009】溶湯3の温度が試験温度まで降下したと
き、その試験温度と同一温度に調整されたパンチ4を溶
湯3内に挿入し、その溶湯3を流動させて金型2および
パンチ4に倣った別形態に変化させ、形態変化中の溶湯
3の温度を前記同様にサーモカップルTCにより測定し
た。その際、パンチ4の挿入速度を一定にすると共にパ
ンチ4の直径を変化させることにより、溶湯3の形態変
化速度BをB=1/secまたはB=3/sec に設定し
た。ここで、形態変化速度B=3/sec とは、溶湯をそ
の湯面の高さが1秒間に300%増加するように流動さ
せる、という意味である。即ち、この例では、金型2の
内径aをa=26mmに、また溶湯が基本形態にあるとき
の湯面の高さbをb=20mmにそれぞれ設定し、一方、
パンチ4の直径cをc=22.6mmに、またパンチ4の
挿入速度を20mm/sec にそれぞれ設定した。そしてパ
ンチ4を溶湯3内に挿入してその下端面を金型2の内底
面に到達させると、そのときの湯面の高さは約80mmと
なり、したがって1秒間における湯面の高さの増加率は
300%となる。直径18.4mmのパンチ4を用いる、
ということ以外は各種条件を前記と同一にすることによ
って形態変化速度BをB=1/sec に設定することがで
きる。
き、その試験温度と同一温度に調整されたパンチ4を溶
湯3内に挿入し、その溶湯3を流動させて金型2および
パンチ4に倣った別形態に変化させ、形態変化中の溶湯
3の温度を前記同様にサーモカップルTCにより測定し
た。その際、パンチ4の挿入速度を一定にすると共にパ
ンチ4の直径を変化させることにより、溶湯3の形態変
化速度BをB=1/secまたはB=3/sec に設定し
た。ここで、形態変化速度B=3/sec とは、溶湯をそ
の湯面の高さが1秒間に300%増加するように流動さ
せる、という意味である。即ち、この例では、金型2の
内径aをa=26mmに、また溶湯が基本形態にあるとき
の湯面の高さbをb=20mmにそれぞれ設定し、一方、
パンチ4の直径cをc=22.6mmに、またパンチ4の
挿入速度を20mm/sec にそれぞれ設定した。そしてパ
ンチ4を溶湯3内に挿入してその下端面を金型2の内底
面に到達させると、そのときの湯面の高さは約80mmと
なり、したがって1秒間における湯面の高さの増加率は
300%となる。直径18.4mmのパンチ4を用いる、
ということ以外は各種条件を前記と同一にすることによ
って形態変化速度BをB=1/sec に設定することがで
きる。
【0010】図2は、前記と同一組成の溶湯(Mg合
金)における融点からの温度差ΔK1と溶湯の粘度Aと
の関係を示す。このデータは、非晶質Mg合金をガラス
化温度Tg(431K)以上に昇温して得られた溶湯の
温度と、その温度における溶湯の粘度とを測定すること
によって求められたものである。したがって、融点から
の温度差ΔK1が−280K≦ΔK1≦0Kの範囲にお
いて、溶湯は過冷却液体になる。
金)における融点からの温度差ΔK1と溶湯の粘度Aと
の関係を示す。このデータは、非晶質Mg合金をガラス
化温度Tg(431K)以上に昇温して得られた溶湯の
温度と、その温度における溶湯の粘度とを測定すること
によって求められたものである。したがって、融点から
の温度差ΔK1が−280K≦ΔK1≦0Kの範囲にお
いて、溶湯は過冷却液体になる。
【0011】溶湯を形態変化させたときの試験温度から
前記温度差ΔK1を求め、次いで図2を用いて温度差Δ
K1における溶湯の粘度Aを求め、その粘度Aと温度変
化量、したがって試験温度と形態変化中の溶湯の温度と
の温度差ΔK2との関係をグラフ化したところ、図3の
結果が得られた。図3において、線a1 は形態変化速度
BがB=1/sec の場合に、また線a2 は形態変化速度
BがB=3/sec の場合にそれぞれ該当する。
前記温度差ΔK1を求め、次いで図2を用いて温度差Δ
K1における溶湯の粘度Aを求め、その粘度Aと温度変
化量、したがって試験温度と形態変化中の溶湯の温度と
の温度差ΔK2との関係をグラフ化したところ、図3の
結果が得られた。図3において、線a1 は形態変化速度
BがB=1/sec の場合に、また線a2 は形態変化速度
BがB=3/sec の場合にそれぞれ該当する。
【0012】図3から明らかなように、溶湯の形態変化
開始時の粘度AがA≧5×10-2Pa・sにおいて明瞭
な温度上昇が観察された。このことから過冷却液体を形
態変化させると、形態変化前の温度に比べて温度差(温
度変化量)ΔK2の昇温効果が得られることが判る。 II.過冷却液体の形態変化速度B 前記I項で用いられたMg合金と同一組成のMg合金
(Mg65Cu25Y10)の溶湯を高周波溶解法により調製
し、その溶湯を用いて単ロール法の適用下、幅3mm、厚
さ0.05mmのリボン状Mg合金を製造した。単ロール
法の条件は、Cu製冷却用ロールの直径 250mm、ロ
ール回転数 2500rpm 、石英ノズルの噴出口の直径
0.5mm、石英ノズルおよび冷却用ロール間のギャッ
プ 0.5mm、溶湯の噴出圧 0.6kgf/cm2 、−4
0cmHgAr雰囲気である。リボン状Mg合金につい
て、X線回折および示差熱量分析(DSC)を行うこと
によってその金属組織を調べたところ、非晶質単相組織
であることが判った。
開始時の粘度AがA≧5×10-2Pa・sにおいて明瞭
な温度上昇が観察された。このことから過冷却液体を形
態変化させると、形態変化前の温度に比べて温度差(温
度変化量)ΔK2の昇温効果が得られることが判る。 II.過冷却液体の形態変化速度B 前記I項で用いられたMg合金と同一組成のMg合金
(Mg65Cu25Y10)の溶湯を高周波溶解法により調製
し、その溶湯を用いて単ロール法の適用下、幅3mm、厚
さ0.05mmのリボン状Mg合金を製造した。単ロール
法の条件は、Cu製冷却用ロールの直径 250mm、ロ
ール回転数 2500rpm 、石英ノズルの噴出口の直径
0.5mm、石英ノズルおよび冷却用ロール間のギャッ
プ 0.5mm、溶湯の噴出圧 0.6kgf/cm2 、−4
0cmHgAr雰囲気である。リボン状Mg合金につい
て、X線回折および示差熱量分析(DSC)を行うこと
によってその金属組織を調べたところ、非晶質単相組織
であることが判った。
【0013】リボン状Mg合金をガラス化温度Tg(4
31K)以上に昇温して過冷却液体とし、そのリボン状
過冷却液体を、標点間距離10mmから所定の形態変化速
度Bで引張りにより流動させて標点間距離が50mmとな
るように別形態に変化させ、その形態変化中における過
冷却液体の温度を測定したところ、図4の結果が得られ
た。図4において、線b1 は、過冷却液体の温度が46
1Kで粘度Aが1×108 Pa・sのときに、また線b
2 は、過冷却液体の温度が471Kで粘度Aが2×10
7 Pa・sのときにそれぞれ引張りを開始したものであ
る。
31K)以上に昇温して過冷却液体とし、そのリボン状
過冷却液体を、標点間距離10mmから所定の形態変化速
度Bで引張りにより流動させて標点間距離が50mmとな
るように別形態に変化させ、その形態変化中における過
冷却液体の温度を測定したところ、図4の結果が得られ
た。図4において、線b1 は、過冷却液体の温度が46
1Kで粘度Aが1×108 Pa・sのときに、また線b
2 は、過冷却液体の温度が471Kで粘度Aが2×10
7 Pa・sのときにそれぞれ引張りを開始したものであ
る。
【0014】図4から明らかなように、形態変化速度B
をB≧0.01/sec (1秒間に長さが1%増加するの
意)に設定することによって、過冷却液体を昇温させる
ことができる。 III. 過冷却液体の形態変化率C 図5は形態変化率測定装置の概略を示す。図において、
直径200mmのCu製冷却用ロール5の側方に、直径3
0mmのSi3 N4 製形態変化用ロール6が平行に配設さ
れ、その形態変化用ロール6の上方に石英ノズル7がそ
の噴出口8をロール外周面に対向させて配設される。石
英ノズル7はヒータ9の高周波コイルによって囲繞され
ている。冷却用ロール5は水平に移動してその外周面と
石英ノズル7の噴出口8との間の間隔dを変えることが
できるようになっている。また形態変化用ロール6はヒ
ータによって所定温度に保持される。
をB≧0.01/sec (1秒間に長さが1%増加するの
意)に設定することによって、過冷却液体を昇温させる
ことができる。 III. 過冷却液体の形態変化率C 図5は形態変化率測定装置の概略を示す。図において、
直径200mmのCu製冷却用ロール5の側方に、直径3
0mmのSi3 N4 製形態変化用ロール6が平行に配設さ
れ、その形態変化用ロール6の上方に石英ノズル7がそ
の噴出口8をロール外周面に対向させて配設される。石
英ノズル7はヒータ9の高周波コイルによって囲繞され
ている。冷却用ロール5は水平に移動してその外周面と
石英ノズル7の噴出口8との間の間隔dを変えることが
できるようになっている。また形態変化用ロール6はヒ
ータによって所定温度に保持される。
【0015】形態変化率Cの測定に当っては、先ず、石
英ノズル7内でAl85Ni5 Y8 Co2 (数値は原子
%、融点1170K)といった非晶質組成を有するAl
合金の溶湯を調製し、また冷却用ロール5を回転数25
00rpm にて図5反時計方向に回転させ、さらに形態変
化用ロール6を図5時計方向に回転させると共にその温
度を1073Kに保持した。
英ノズル7内でAl85Ni5 Y8 Co2 (数値は原子
%、融点1170K)といった非晶質組成を有するAl
合金の溶湯を調製し、また冷却用ロール5を回転数25
00rpm にて図5反時計方向に回転させ、さらに形態変
化用ロール6を図5時計方向に回転させると共にその温
度を1073Kに保持した。
【0016】溶湯を石英ノズル7の噴出口8より形態変
化用ロール6外周面に柱状に噴出させ、これにより溶湯
を温度約1070K(融点マイナス約100K)で粘度
Aが約1×10Pa・sの過冷却液体にし、次いでその
過冷却液体Lを形態変化用ロール6の母線方向に流動さ
せてリボン状に変化させ、その後過冷却液体Lを冷却用
ロール5外周面に向けて移行させ、その冷却用ロール5
により冷却してリボン状Al合金ALを得た。その際、
形態変化用ロール6の回転数を変えることによって過冷
却液体Lの形態変化率Cを変化させ、また冷却用ロール
5を移動させて、それと前記噴出口8との間の間隔dを
変化させた。
化用ロール6外周面に柱状に噴出させ、これにより溶湯
を温度約1070K(融点マイナス約100K)で粘度
Aが約1×10Pa・sの過冷却液体にし、次いでその
過冷却液体Lを形態変化用ロール6の母線方向に流動さ
せてリボン状に変化させ、その後過冷却液体Lを冷却用
ロール5外周面に向けて移行させ、その冷却用ロール5
により冷却してリボン状Al合金ALを得た。その際、
形態変化用ロール6の回転数を変えることによって過冷
却液体Lの形態変化率Cを変化させ、また冷却用ロール
5を移動させて、それと前記噴出口8との間の間隔dを
変化させた。
【0017】過冷却液体の形態変化率Cは次のような方
法で求められた。即ち、石英ノズル7の噴出口8の形状
を、長辺を形態変化用ロール6の軸線と平行にした長方
形にし、その噴出口8から形態変化用ロール6外周面に
到達する直前の柱状過冷却液体Lの長方形断面の面積を
求め、その断面積と形態変化用ロール6外周面から離れ
たリボン状過冷却液体Lの長方形断面の面積とが等しく
なるように、過冷却液体Lの噴出量および形態変化用ロ
ール6の回転数を決めた。そして、柱状過冷却液体Lの
長辺をe1 、短辺をf1 とし、またリボン状過冷却液体
Lの長辺をe2、短辺をf2 とすると、両過冷却液体L
の断面積は等しいからe1 ×f1 =e2×f2 となり、
したがって、形態変化率CはC={(f2 −f1 )/f
1 }×100(%)となる。
法で求められた。即ち、石英ノズル7の噴出口8の形状
を、長辺を形態変化用ロール6の軸線と平行にした長方
形にし、その噴出口8から形態変化用ロール6外周面に
到達する直前の柱状過冷却液体Lの長方形断面の面積を
求め、その断面積と形態変化用ロール6外周面から離れ
たリボン状過冷却液体Lの長方形断面の面積とが等しく
なるように、過冷却液体Lの噴出量および形態変化用ロ
ール6の回転数を決めた。そして、柱状過冷却液体Lの
長辺をe1 、短辺をf1 とし、またリボン状過冷却液体
Lの長辺をe2、短辺をf2 とすると、両過冷却液体L
の断面積は等しいからe1 ×f1 =e2×f2 となり、
したがって、形態変化率CはC={(f2 −f1 )/f
1 }×100(%)となる。
【0018】このようにして製造されたリボン状Al合
金についてX線回折を行ってその結晶化の有無を調べ、
そして形態変化用ロール6における過冷却液体の形態変
化率Cと非晶質単相組織を有するリボン状Al合金を製
造することのできる前記間隔dの最大値との関係を調べ
たところ、図6の結果が得られた。図中、「黒丸」印は
リボン状Al合金が非晶質単相組織であることを、また
「ばつ」印はリボン状Al合金が結晶質相および非晶質
相よりなる混相組織であることをそれぞれ示す。
金についてX線回折を行ってその結晶化の有無を調べ、
そして形態変化用ロール6における過冷却液体の形態変
化率Cと非晶質単相組織を有するリボン状Al合金を製
造することのできる前記間隔dの最大値との関係を調べ
たところ、図6の結果が得られた。図中、「黒丸」印は
リボン状Al合金が非晶質単相組織であることを、また
「ばつ」印はリボン状Al合金が結晶質相および非晶質
相よりなる混相組織であることをそれぞれ示す。
【0019】図6から明らかなように、過冷却液体の形
態変化率CをC≧20%、例えばC=23%に設定する
と、前記間隔dの最大値を35mmにしても非晶質単相組
織のリボン状Al合金を得ることができるが、形態変化
率Cを17%に設定すると、前記間隔dの最大値を20
mmに狭めてもリボン状Al合金の金属組織は混相組織と
なる。これは、過冷却液体の形態変化率CをC≧20%
に設定すると、C<20%の場合よりも長い時間に亘っ
て過冷却液体をその状態に保持することができる、とい
うことを意味する。実験の結果、過冷却液体の形態変化
率Cを約48%に設定することによって前記間隔dの最
大値を40mm程度まで広げることができた。
態変化率CをC≧20%、例えばC=23%に設定する
と、前記間隔dの最大値を35mmにしても非晶質単相組
織のリボン状Al合金を得ることができるが、形態変化
率Cを17%に設定すると、前記間隔dの最大値を20
mmに狭めてもリボン状Al合金の金属組織は混相組織と
なる。これは、過冷却液体の形態変化率CをC≧20%
に設定すると、C<20%の場合よりも長い時間に亘っ
て過冷却液体をその状態に保持することができる、とい
うことを意味する。実験の結果、過冷却液体の形態変化
率Cを約48%に設定することによって前記間隔dの最
大値を40mm程度まで広げることができた。
【0020】次に金属材料の製造例について具体的に説
明する。
明する。
【0021】図7は製造装置の概略を示す。石英管10
は、底壁11を平坦に形成された溶解用大径管部12
と、その底壁11に連通すると共に下端部を閉鎖された
形態変化用小径管部13とを有し、その大径管部12内
に小径管部13の開口を開閉するストッパ14が配設さ
れる。大径管部12の内径gは14mm、小径管部13の
内径hは4mm、ストッパ14の外径jは約4.26mm、
小径管部13の長さkは100mmである。
は、底壁11を平坦に形成された溶解用大径管部12
と、その底壁11に連通すると共に下端部を閉鎖された
形態変化用小径管部13とを有し、その大径管部12内
に小径管部13の開口を開閉するストッパ14が配設さ
れる。大径管部12の内径gは14mm、小径管部13の
内径hは4mm、ストッパ14の外径jは約4.26mm、
小径管部13の長さkは100mmである。
【0022】小径管部13の開口をストッパ14により
閉鎖した状態で、前記I項で用いられたMg合金と同一
組成のMg合金(Mg65Cu25Y10)を大径管部12内
に投入し、石英管10を赤外線加熱炉内に設置した。次
いで赤外線加熱炉を作動させてMg合金を溶解し、その
溶解後赤外線加熱炉の作動を停止し、また溶湯の温度を
大径管部12内に配設されたサーモカップルTC1によ
って測定した。この場合、湯面の高さmはm=9mmに設
定された。溶湯の温度が融点(711K)以下に降下し
てその溶湯が過冷却液体Lになった後、ストッパ14を
作動させて小径管部13の開口を開放し、Arガス圧に
より過冷却液体Lを小径管部13内へ流動させることに
よって別形態に変化させ、その形態変化中の過冷却液体
Lの温度を小径管部13に付設されたサーモカップルT
C2により測定した。小径管部13内の過冷却液体Lの
温度が所定値に達したとき、石英管10をウオータバス
中に投下し、過冷却液体Lを水冷により凝固させて、M
g合金よりなる直径4mmの丸棒状金属材料を得た。
閉鎖した状態で、前記I項で用いられたMg合金と同一
組成のMg合金(Mg65Cu25Y10)を大径管部12内
に投入し、石英管10を赤外線加熱炉内に設置した。次
いで赤外線加熱炉を作動させてMg合金を溶解し、その
溶解後赤外線加熱炉の作動を停止し、また溶湯の温度を
大径管部12内に配設されたサーモカップルTC1によ
って測定した。この場合、湯面の高さmはm=9mmに設
定された。溶湯の温度が融点(711K)以下に降下し
てその溶湯が過冷却液体Lになった後、ストッパ14を
作動させて小径管部13の開口を開放し、Arガス圧に
より過冷却液体Lを小径管部13内へ流動させることに
よって別形態に変化させ、その形態変化中の過冷却液体
Lの温度を小径管部13に付設されたサーモカップルT
C2により測定した。小径管部13内の過冷却液体Lの
温度が所定値に達したとき、石英管10をウオータバス
中に投下し、過冷却液体Lを水冷により凝固させて、M
g合金よりなる直径4mmの丸棒状金属材料を得た。
【0023】小径管部13への流下時、したがって形態
変化開始時の過冷却液体Lの粘度Aは約8×10-2〜2
×10-1Pa・s、形態変化速度Bは約18〜約56/
sec、形態変化率Cは約1100%であり、また赤外線
加熱炉の作動停止からウオータバス中への投下までの時
間は5秒以内であった。この場合、形態変化速度Bは、
Arガス圧を調節して過冷却液体Lの小径管部13内へ
の流動開始から終了までの時間を変化させることによっ
て、種々に設定された。例えば、前記時間を0.55秒
間に設定すると、その時間内に湯面の高さm=9mmが、
小径管部13の長さk=100mmに変化したことになる
から、0.55秒間における湯面の高さの増加率は約1
000%となる。そこで、1秒間における前記増加率を
求めると、それは約1800%となり、したがって、形
態変化速度BはB≒18/sec となる。形態変化速度B
がB≒56/sec の場合は前記時間を0.18秒間に設
定したときである。形態変化率Cは、大径管部12にお
ける過冷却液体Lの断面積(環状断面)に対する小径管
部13における過冷却液体Lの断面積(円形断面)の比
率である。
変化開始時の過冷却液体Lの粘度Aは約8×10-2〜2
×10-1Pa・s、形態変化速度Bは約18〜約56/
sec、形態変化率Cは約1100%であり、また赤外線
加熱炉の作動停止からウオータバス中への投下までの時
間は5秒以内であった。この場合、形態変化速度Bは、
Arガス圧を調節して過冷却液体Lの小径管部13内へ
の流動開始から終了までの時間を変化させることによっ
て、種々に設定された。例えば、前記時間を0.55秒
間に設定すると、その時間内に湯面の高さm=9mmが、
小径管部13の長さk=100mmに変化したことになる
から、0.55秒間における湯面の高さの増加率は約1
000%となる。そこで、1秒間における前記増加率を
求めると、それは約1800%となり、したがって、形
態変化速度BはB≒18/sec となる。形態変化速度B
がB≒56/sec の場合は前記時間を0.18秒間に設
定したときである。形態変化率Cは、大径管部12にお
ける過冷却液体Lの断面積(環状断面)に対する小径管
部13における過冷却液体Lの断面積(円形断面)の比
率である。
【0024】表1は、各種金属材料の金属組織と製造時
の各種温度条件等との関係を示す。金属材料(1)〜
(9)は前記方法によって製造されたものであるが、金
属材料(10)〜(13)は比較例であって、前記のよ
うな過冷却液体状態での形態変化を行うことなく製造さ
れたものである。表中、amoは非晶質単相組織を、c
ryは結晶質単相組織を、amo+cryは非晶質相お
よび結晶質相よりなる混相組織をそれぞれ意味する。
の各種温度条件等との関係を示す。金属材料(1)〜
(9)は前記方法によって製造されたものであるが、金
属材料(10)〜(13)は比較例であって、前記のよ
うな過冷却液体状態での形態変化を行うことなく製造さ
れたものである。表中、amoは非晶質単相組織を、c
ryは結晶質単相組織を、amo+cryは非晶質相お
よび結晶質相よりなる混相組織をそれぞれ意味する。
【0025】
【表1】 表1において、金属材料(1)〜(6)の場合、過冷却
液体を形態変化させることによりΔK2の温度上昇を発
生させ、また水冷時における過冷却液体の温度を高く設
定して昇温効果が十分に持続している状態で水冷を行う
ので、金属組織は非晶質単相組織(amo)となる。金
属材料(7),(8)の場合、水冷時における過冷却液
体の温度が前記の場合よりも低く設定されているので、
水冷直前では前記昇温効果が減少傾向となって一部結晶
化を生じ、その結果、金属組織は混相組織(amo+c
ry)となるが、結晶粒成長が急激に生じることはない
ので組織は微細である。金属材料(9)の場合、前記材
料(7)等の場合に比べてさらに水冷時における過冷却
液体の温度が低く設定されていることから、金属組織は
結晶質単相組織(cry)となる。この場合、水冷時に
おける過冷却液体の温度は665℃であって、この温度
下における結晶粒成長は極めて緩慢であることから、結
晶質単相組織は微細で、且つ均一である。
液体を形態変化させることによりΔK2の温度上昇を発
生させ、また水冷時における過冷却液体の温度を高く設
定して昇温効果が十分に持続している状態で水冷を行う
ので、金属組織は非晶質単相組織(amo)となる。金
属材料(7),(8)の場合、水冷時における過冷却液
体の温度が前記の場合よりも低く設定されているので、
水冷直前では前記昇温効果が減少傾向となって一部結晶
化を生じ、その結果、金属組織は混相組織(amo+c
ry)となるが、結晶粒成長が急激に生じることはない
ので組織は微細である。金属材料(9)の場合、前記材
料(7)等の場合に比べてさらに水冷時における過冷却
液体の温度が低く設定されていることから、金属組織は
結晶質単相組織(cry)となる。この場合、水冷時に
おける過冷却液体の温度は665℃であって、この温度
下における結晶粒成長は極めて緩慢であることから、結
晶質単相組織は微細で、且つ均一である。
【0026】比較例である金属材料(10)の場合、水
冷時の溶湯温度が融点以上であるため、金属組織は急冷
により比較的細い結晶質単相組織となるが、その組織の
細さおよび均一さは金属材料(9)に比べて劣る。また
比較例である金属材料(11)〜(13)の場合、水冷
時の溶湯温度が融点以下であり、また前記のように過冷
却液体状態での形態変化を行わなかったことから、水冷
前に不均一な結晶化を生じて、金属組織は粗大で、且つ
不均一な結晶質単相組織となる。
冷時の溶湯温度が融点以上であるため、金属組織は急冷
により比較的細い結晶質単相組織となるが、その組織の
細さおよび均一さは金属材料(9)に比べて劣る。また
比較例である金属材料(11)〜(13)の場合、水冷
時の溶湯温度が融点以下であり、また前記のように過冷
却液体状態での形態変化を行わなかったことから、水冷
前に不均一な結晶化を生じて、金属組織は粗大で、且つ
不均一な結晶質単相組織となる。
【0027】なお、本実施例において、従来の液体急冷
法と同等の冷却速度を採用すれば、従来よりも大型化を
達成された非晶質金属材料を得ることが可能である。
法と同等の冷却速度を採用すれば、従来よりも大型化を
達成された非晶質金属材料を得ることが可能である。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、前記のように特定され
た手段を採用することによって、非晶質単相組織、混相
組織等の準安定相を備えるか、または微細で、且つ均一
な結晶質単相組織を備えた、強度等の機械的特性等の優
れた金属材料を得ることができ、また採用手段も比較的
単純であるから工業的生産性も良好である。
た手段を採用することによって、非晶質単相組織、混相
組織等の準安定相を備えるか、または微細で、且つ均一
な結晶質単相組織を備えた、強度等の機械的特性等の優
れた金属材料を得ることができ、また採用手段も比較的
単純であるから工業的生産性も良好である。
【図1】粘度測定用金型の概略縦断面図である。
【図2】溶湯における融点からの温度差ΔK1と溶湯の
粘度Aとの関係を示すグラフである。
粘度Aとの関係を示すグラフである。
【図3】溶湯の形態変化開始時の粘度Aと溶湯の温度変
化量ΔK2との関係を示すグラフである。
化量ΔK2との関係を示すグラフである。
【図4】過冷却液体の形態変化速度Bと過冷却液体の温
度との関係を示すグラフである。
度との関係を示すグラフである。
【図5】形態変化率測定装置の概略縦断面図である。
【図6】過冷却液体の形態変化率Cと間隔dの最大値と
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図7】金属材料用製造装置の概略縦断面図である。
L 過冷却液体 10 石英管 12 大径管部 13 小径管部 14 ストッパ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成5年7月15日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0011
【補正方法】変更
【補正内容】
【0011】溶湯を形態変化させたときの試験温度T2
から前記温度差、即ち融点(711K)T1 −T2 =Δ
K1を求め、次いで図2を用いて温度差ΔK1における
溶湯の粘度Aを求め、その粘度Aと温度変化量、したが
って試験温度T2 と形態変化中の溶湯の温度T3 との温
度差T3 −T2 =ΔK2との関係をグラフ化したとこ
ろ、図3の結果が得られた。図3において、線a1 は形
態変化速度BがB=1/sec の場合に、また線a2 は形
態変化速度BがB=3/sec の場合にそれぞれ該当す
る。
から前記温度差、即ち融点(711K)T1 −T2 =Δ
K1を求め、次いで図2を用いて温度差ΔK1における
溶湯の粘度Aを求め、その粘度Aと温度変化量、したが
って試験温度T2 と形態変化中の溶湯の温度T3 との温
度差T3 −T2 =ΔK2との関係をグラフ化したとこ
ろ、図3の結果が得られた。図3において、線a1 は形
態変化速度BがB=1/sec の場合に、また線a2 は形
態変化速度BがB=3/sec の場合にそれぞれ該当す
る。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0017
【補正方法】変更
【補正内容】
【0017】過冷却液体の形態変化率Cは次のような方
法で求められた。即ち、石英ノズル7の噴出口8の形状
を、長辺を形態変化用ロール6の軸線と平行にした長方
形にし、その噴出口8から形態変化用ロール6外周面に
到達する直前の柱状過冷却液体Lの長方形断面の面積を
求め、その断面積と形態変化用ロール6外周面から離れ
たリボン状過冷却液体Lの長方形断面の面積とが等しく
なるように、過冷却液体Lの噴出量および形態変化用ロ
ール6の回転数を決めた。そして、柱状過冷却液体Lの
長方形断面における短辺をe1 、長辺をf1 とし、また
リボン状過冷却液体Lの長方形断面における短辺を
e2 、長辺をf2 とすると、両過冷却液体Lの断面積は
等しいからe1 ×f1 =e2 ×f2 となり、したがっ
て、形態変化率Cは、両長辺f1 ,f2 について表わせ
ば、C={(f2 −f1 )/f1 }×100(%)とな
る。
法で求められた。即ち、石英ノズル7の噴出口8の形状
を、長辺を形態変化用ロール6の軸線と平行にした長方
形にし、その噴出口8から形態変化用ロール6外周面に
到達する直前の柱状過冷却液体Lの長方形断面の面積を
求め、その断面積と形態変化用ロール6外周面から離れ
たリボン状過冷却液体Lの長方形断面の面積とが等しく
なるように、過冷却液体Lの噴出量および形態変化用ロ
ール6の回転数を決めた。そして、柱状過冷却液体Lの
長方形断面における短辺をe1 、長辺をf1 とし、また
リボン状過冷却液体Lの長方形断面における短辺を
e2 、長辺をf2 とすると、両過冷却液体Lの断面積は
等しいからe1 ×f1 =e2 ×f2 となり、したがっ
て、形態変化率Cは、両長辺f1 ,f2 について表わせ
ば、C={(f2 −f1 )/f1 }×100(%)とな
る。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0019
【補正方法】変更
【補正内容】
【0019】図6から明らかなように、過冷却液体の形
態変化率CをC≧20%、例えばC=23%に設定する
と、前記間隔dの最大値を25mmにしても非晶質単相組
織のリボン状Al合金を得ることができるが、形態変化
率Cを17%に設定すると、前記間隔dの最大値を20
mmに狭めてもリボン状Al合金の金属組織は混相組織と
なる。これは、過冷却液体の形態変化率CをC≧20%
に設定すると、C<20%の場合よりも長い時間に亘っ
て過冷却液体をその状態に保持することができる、とい
うことを意味する。実験の結果、過冷却液体の形態変化
率Cを約48%に設定することによって前記間隔dの最
大値を40mm程度まで広げることができた。
態変化率CをC≧20%、例えばC=23%に設定する
と、前記間隔dの最大値を25mmにしても非晶質単相組
織のリボン状Al合金を得ることができるが、形態変化
率Cを17%に設定すると、前記間隔dの最大値を20
mmに狭めてもリボン状Al合金の金属組織は混相組織と
なる。これは、過冷却液体の形態変化率CをC≧20%
に設定すると、C<20%の場合よりも長い時間に亘っ
て過冷却液体をその状態に保持することができる、とい
うことを意味する。実験の結果、過冷却液体の形態変化
率Cを約48%に設定することによって前記間隔dの最
大値を40mm程度まで広げることができた。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0023
【補正方法】変更
【補正内容】
【0023】小径管部13への流下時、したがって形態
変化開始時の過冷却液体Lの粘度Aは約8×10-2〜2
×10-1Pa・s、形態変化速度Bは約18〜約56/
sec、形態変化率Cは約1000%であり、また赤外線
加熱炉の作動停止からウオータバス中への投下までの時
間は5秒以内であった。この場合、形態変化速度Bは、
Arガス圧を調節して過冷却液体Lの小径管部13内へ
の流動開始から終了までの時間を変化させることによっ
て、種々に設定された。例えば、前記時間を0.55秒
間に設定すると、その時間内に湯面の高さm=9mmが、
小径管部13の長さk=100mmに変化したことになる
から、0.55秒間における湯面の高さの増加率は約1
000%となる。そこで、1秒間における前記増加率を
求めると、それは約1800%となり、したがって、形
態変化速度Bは、前記のように1秒間に長さが1%増加
したとき、B=0.01/sec であるから、B≒18/
sec となる。形態変化速度BがB≒56/sec の場合は
前記時間を1000/5600、即ち0.18秒間に設
定したときである。形態変化率Cは、大径管部12にお
ける過冷却液体Lの断面積(環状断面)をS1 とし、ま
た小径管部13における過冷却液体Lの断面積(円形断
面)をS2 とすると、C={(S1 −S2 )/S2 }×
100(%)として表わされる。
変化開始時の過冷却液体Lの粘度Aは約8×10-2〜2
×10-1Pa・s、形態変化速度Bは約18〜約56/
sec、形態変化率Cは約1000%であり、また赤外線
加熱炉の作動停止からウオータバス中への投下までの時
間は5秒以内であった。この場合、形態変化速度Bは、
Arガス圧を調節して過冷却液体Lの小径管部13内へ
の流動開始から終了までの時間を変化させることによっ
て、種々に設定された。例えば、前記時間を0.55秒
間に設定すると、その時間内に湯面の高さm=9mmが、
小径管部13の長さk=100mmに変化したことになる
から、0.55秒間における湯面の高さの増加率は約1
000%となる。そこで、1秒間における前記増加率を
求めると、それは約1800%となり、したがって、形
態変化速度Bは、前記のように1秒間に長さが1%増加
したとき、B=0.01/sec であるから、B≒18/
sec となる。形態変化速度BがB≒56/sec の場合は
前記時間を1000/5600、即ち0.18秒間に設
定したときである。形態変化率Cは、大径管部12にお
ける過冷却液体Lの断面積(環状断面)をS1 とし、ま
た小径管部13における過冷却液体Lの断面積(円形断
面)をS2 とすると、C={(S1 −S2 )/S2 }×
100(%)として表わされる。
Claims (3)
- 【請求項1】 金属よりなる過冷却液体を基本形態より
流動させて別形態に変化させることにより昇温させ、次
いで前記過冷却液体をそれに冷却処理を施して凝固させ
ることを特徴とする、機械的特性等の優れた金属材料の
製造方法。 - 【請求項2】 金属よりなる過冷却液体を基本形態より
流動させて別形態に変化させ、その際前記過冷却液体の
形態変化開始時の粘度AをA≧5×10-2Pa・sに、
形態変化速度BをB≧0.01/sec に、形態変化率C
をC≧20%にそれぞれ設定し、次いで前記過冷却液体
をそれに冷却処理を施して凝固させることを特徴とす
る、機械的特性等の優れた金属材料の製造方法。 - 【請求項3】 金属よりなる過冷却液体を基本形態より
流動させて別形態に変化させることにより昇温させ、そ
の際前記過冷却液体の形態変化開始時の粘度AをA≧5
×10-2Pa・sに、形態変化速度BをB≧0.01/
sec に、形態変化率CをC≧20%にそれぞれ設定し、
次いで前記過冷却液体をそれに冷却処理を施して凝固さ
せることを特徴とする、機械的特性等の優れた金属材料
の製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172658A JPH0617161A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 機械的特性等の優れた金属材料の製造方法 |
| US08/083,832 US5485876A (en) | 1992-06-30 | 1993-06-25 | Process for producing metal material with excellent mechanical properties |
| DE69322317T DE69322317T2 (de) | 1992-06-30 | 1993-06-28 | Verfahren zur Herstellung von Metallen mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften |
| EP93110297A EP0577050B1 (en) | 1992-06-30 | 1993-06-28 | Process for producing metal material with excellent mechanical properties |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4172658A JPH0617161A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 機械的特性等の優れた金属材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0617161A true JPH0617161A (ja) | 1994-01-25 |
Family
ID=15945983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4172658A Pending JPH0617161A (ja) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 機械的特性等の優れた金属材料の製造方法 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5485876A (ja) |
| EP (1) | EP0577050B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0617161A (ja) |
| DE (1) | DE69322317T2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2930880B2 (ja) * | 1994-10-14 | 1999-08-09 | 井上 明久 | 差圧鋳造式金属ガラスの製造方法および装置 |
| JP3011904B2 (ja) | 1997-06-10 | 2000-02-21 | 明久 井上 | 金属ガラスの製造方法および装置 |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3719733A (en) * | 1970-12-03 | 1973-03-06 | Monsanto Co | Method for producing spherical particles having a narrow size distribution |
| US4011901A (en) * | 1976-03-10 | 1977-03-15 | Massachusetts Institute Of Technology | Method determining the suitability of metal compositions for casting |
| US4142571A (en) * | 1976-10-22 | 1979-03-06 | Allied Chemical Corporation | Continuous casting method for metallic strips |
| JPS5942586A (ja) * | 1982-09-03 | 1984-03-09 | 株式会社日立製作所 | Crtデイスプレイ装置 |
| EP0200424B1 (en) * | 1985-04-19 | 1989-07-19 | National Research Development Corporation | Metal forming |
| US4791979A (en) * | 1986-07-18 | 1988-12-20 | Allied-Signal Inc. | Gas assisted nozzle for casting metallic strip directly from the melt |
| US5014764A (en) * | 1986-11-17 | 1991-05-14 | Aluminium Pechiney | Lost-foam casting of aluminum under pressure |
| JPH01157753A (ja) * | 1987-02-16 | 1989-06-21 | Teisan Ind:Kk | ダイキヤスト装置 |
| DE3741290C2 (de) * | 1987-12-05 | 1993-09-30 | Geesthacht Gkss Forschung | Anwendung eines Verfahrens zur Behandlung von glasartigen Legierungen |
| JPH07122119B2 (ja) * | 1989-07-04 | 1995-12-25 | 健 増本 | 機械的強度、耐食性、加工性に優れた非晶質合金 |
| JP3120284B2 (ja) * | 1989-12-29 | 2000-12-25 | 本田技研工業株式会社 | 非晶質合金製部材の鋳造方法 |
| JP2724762B2 (ja) * | 1989-12-29 | 1998-03-09 | 本田技研工業株式会社 | 高強度アルミニウム基非晶質合金 |
| JP2815215B2 (ja) * | 1990-03-02 | 1998-10-27 | 健 増本 | 非晶質合金固化材の製造方法 |
| JP2639455B2 (ja) * | 1990-03-09 | 1997-08-13 | 健 増本 | 高強度非晶質合金 |
| US5279389A (en) * | 1992-06-08 | 1994-01-18 | Crockett Robert A | Ladder support for flat-roofed building |
-
1992
- 1992-06-30 JP JP4172658A patent/JPH0617161A/ja active Pending
-
1993
- 1993-06-25 US US08/083,832 patent/US5485876A/en not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-28 DE DE69322317T patent/DE69322317T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1993-06-28 EP EP93110297A patent/EP0577050B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0577050B1 (en) | 1998-12-02 |
| DE69322317D1 (de) | 1999-01-14 |
| DE69322317T2 (de) | 1999-04-29 |
| EP0577050A1 (en) | 1994-01-05 |
| US5485876A (en) | 1996-01-23 |
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