JPS589752A - 効率の改善された半固体スラリ−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】 この発明は、鋳造、鍛造等の用途に使用される半固体チ
クントロピ、り金属スラリーの製造のための効率の改善
され九方法および装置に関するものである。

従来知られている半固体チクソトロピ、り金属スラリー
を製造する方法は機械的および電彎誘導的な攪拌を採用
している。適切な構造を持つそのようなスラリーを製造
する方法は攪拌によって生じる剪断速度と鋳造されつつ
おる材料の同化速度との間のバランスが要求される。

機械的に攪拌する試みはＦｌ・ｍｌｎｇ−氏等の米国特
許第３９０２．５４４号、同第３９５４４５５号お″よ
び同第３９４８．６５０号ならびにＭ＠ｈｒａｂｆ氏等
の米国特許第３９３６．２９８号明細書に記載されてい
る０機械的攪拌についてＶｉまたＡＦ８インターナシ、
ナル・キャスト・メタルズ・ジャーナル１９７６年９月
号１１〜２２頁にＦｌａｍｉｎｇ−氏等が、およびムＦ
８キャスト・メタルズ・リサーチ・ジャーナル１９７３
年１２月号１６７〜１７１頁にＦａｓｃ＠ｔｔａ氏等が
記載している・Ｆ＠ｕｒ＠ｙ氏等の西ドイツ特許ＯＬ８
第２，７０７，７７４号（１９７７年９月１日発行）中
には機械的攪拌による方法が若干異なった装置で示され
ている。

機械的攪拌方法においては溶融金属は冷却および混合室
内の環状空間を下方に流下する・ここで金属は部分的に
固化され、一方鋳造体に対酸するように中央の混合Ｕ−
ターの回転によって攪拌される０機械的な攪拌法は幾つ
かの固有の問題を生じる。ローターと混合室壁との間に
形成された環状部はチクソトロピ、クスラリーの単位時
間における体積流量を低下させる。ローターの腐蝕の問
題も存在する０機械的な攪拌を連続鋳造システムに結合
させることは困難である。

連続鋳造法にお−ては混合室は直冷鋳型の上に配置され
ている。混合室から鋳型への金属の転送は酸素を混入さ
せる可能性がある。これは酸化され易いアルミニウムの
ような反応し易い合金を処理する場合には特に厳しい問
題である。

スラリーはチクント党ビックであり、シたがって連続鋳
造鋳型中に流入させるためには高い剪断速度が必要とさ
れる０機械的方法を使用し　　　　・て同様に中断され
た流れおよび／または不連続な固化によるフローライン
が得られる０機械的方法はまた略々３０〜６０チの固体
を含む半固体スラリーの製造に限定される。固体の割合
が小さければ流動性は改善されるが不所望表粗さと固化
の完了する際の樹状晶の成長は増加する。

攪拌器がスラリー中に浸漬されているため固体の割合を
着しく増加させることは不可能である。

上述の問題を解決するために電磁誘導攪拌がＷ％ｎｔｅ
ｒ氏等によシ米国特許第４２２９２１０号中で提案され
ている。この特許では２つの電磁攪拌技術が機械的攪拌
の限界を打破するために提唱された。Ｗｌｎｔｖｒ氏等
は交流誘導またはノ譬ルス化された直流による磁界の何
れかを使用して固化中の金属溶融体の間接的攪拌を生成
させている。

この電磁攪拌の間接的性質は機械的攪拌に勝る改善を行
なうものであるが、依然として攪拌技術の性質から生じ
る限界が存在している。

交流誘導攪拌によって最大の電磁力およびそれによる剪
断は誘起した電流の侵入する深さに制限される。したが
って効果的に攪拌をすることのできる断面の寸法は溶融
体の周縁から内方へ向うての誘起された力の減衰によっ
て制限される、これは固化殻が存在する時に特に悪化さ
れる。電磁誘導攪拌法はまた高い電力消費を必要とし攪
拌された金属の抵抗加熱が重要な問題である。この抵抗
加熱が同化のための熱の所要抽出力を増加させる。

パルス化された直流磁界もｉた効果的なものである。し
かしながら力のフィールドは直流電極からの距離が増加
するに従うて急激に発散するため希望するように効果的
なものではない。

したがって適切な構造を有するスラリーを確実に製造す
るためには所要の高い剪断力と流体の流れのノ譬ターン
を生じるように複雑な幾何学的構造が要求される。この
目的のためＫは大きな磁界が必要とされ、それ故装置は
高価になり、かつ非常に大型化する。

上述のＦｌ・ｍｌ１ｇｍ氏等の特許はチクソトロビック
スラリーを製造するために使用することのできる多くの
代替攪拌技術の１つとして電磁攪拌の使用についても簡
単に言及している。シカ為しながらそのようなスラリー
を製造するための電磁棲拌を実際にどのようにして行な
うかについて何等示されておらず示俟されてもいない。

Ｆ＠ｕｒ＠ｒ氏等の西ド、イツ特許公報は磁界に、よっ
て溶融体を攪拌するように電磁界を発生させるために混
合室の周辺上に誘導コイルを配置することが可能である
ことを示咲している。しかしながらＦｏｕｒ・１氏等は
電磁攪拌を機械的攪拌に付加しようとしているのかそれ
と置換しようとするのか明らかにしていない。何れにせ
よＦｅｕｒ＠ｒ氏等は単に電磁攪拌法について単に示喚
していに関しては多くの従来技術が存在している。

Ｍａｎｎ氏の米国特許第３．ｉ！６８，９６３号ｓ　Ｚ
ａｖａｒａｓ氏等の米国特許第３，９９５，６７８号、
Ｉｔｏ氏等の米国特許＠４，０３０，５３４号、Ａｌｈ
＠ｒｎｙ氏の米国特許第４．０４０，４６７号、Ｚａｖ
ａｒａｓ些警の米国特許第４．０４２，００７号、Ａｌ
ｂ＠ｒｎｙ氏の米国特許第４ρ４２ρ０８号各明細書な
らびにジャーナル・オツ・メタルズ１９７６年９月号の
８ｚｅｋ＠ｌｙ氏等の論文ｒ　Ｅｌｓｅｔｒｏｍａｇｎ
＠ｔｉｃａｌｌｙ　Ｄｒｉｖｅｎ　Ｆｌｏｗｓ　　ｉｎ
Ｍ＠ｔａｌｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｊ　Ｋは囲んで
いる誘導コイルによって発生される電磁誘導攪拌を利用
して金属を鋳造することに関する技術が示されている。

電磁誘導攪拌の欠点を打破するために回転磁界のような
鋳型或は鋳造体を横断して移動する磁界が使用されるな
らば実質上生産性が増加し連続鋳造技術にあまシ複雑な
形態にしないで適用できるように電磁攪拌をさらに効率
的なものとすることができることが発見された。

鋳造中の溶融金属の攪拌に回転磁界を使用することはＰ
＊ｓｔ＠１氏等の米国特許第２，９６３，７５８号およ
びＭａｎｎ氏等の米国特許第２，８６１，３０２　’−
号ならヒニ英国特許第１，５２５，０３６号オヨび！　
１，５２５，５４５号明細書に記載されている＠　Ｐｏ
５ｔ＠１氏郷は静止型鋳造および連続鋳造の両者につい
て明らかにしておシ、それにおいて溶融金属社回転磁界
に　　′よりて電磁的に攪拌される。１個以上の多極電
動機ステータが微細粒状組織の金属鋳造体を生じるよう
に溶融金属を攪拌するために鋳型或は固化しつつある鋳
造体を囲んで配置されている・Ｐ・−ｔ＠１氏等の特許
明細書中に示された連続鋳造の実施例では６極のステー
タが鋳型を囲んで配置されそれに続いて２極のステータ
が固化しつつある鋳造体を囲んで配置されている。

機械的攪拌或は電磁誘導攪拌の何れかを利用したチクソ
トロピ、クスラリーの製造のための従来の技術に伴なう
欠点は本出願人の出願であるＷｉｎｔｓｒ氏等の米国特
許出願第１５，２５０号（１９７９年２月２６日出願）
の発明によって除去された。この出願では２極多相電動
機ステータによって発生された回転磁界がスラリー鋳造
に使用されるべきチクソトロピック半固体金属スラリー
の製造のための所要の高い剪断速度を達成するために使
用されている。

Ｗｉｎｔｅｒ氏等の米国特許出願第１８４，０８９号（
１９８０年９月４日出願：１９７９年２月２６日に出願
された米国特許出願第１５，０５９号の継続出願）には
上述のＷｉ　ｎ　ｔ・１氏等のプロセスおよび装置にお
いてチクソトロピ、り金属スラリーを形成するために使
用される２重鋳型が明らかにされている。前述のＷｉｎ
ｔ＠ｒ氏等のプロセスおよび装置と関連して使用するこ
とのできるインゴット殻の初期同化を制御するための絶
縁バンドについてはＷｉｎｔ＠ｒ氏等の米国特許出願中
に記載されている。

この発明は半固体チクソトロピ、り金属スラ９−を形成
するための効率の改善され良製造方法および製造装置に
関するものでおる。鋳型のような収容装置に収容された
溶融金属は収容装置内の固化領域の実質上全域に作用す
るゼロ部分のない移動磁界によりて電磁的に攪拌される
。

スラリーの実効断面直径および収容装置の物理的性質の
関数として磁界を発生する九めの電源の周波数を制御す
ることによりてプロセスの効率が改善され、所望の剪断
速度を生じる磁界を得るために必要とされる電力消費を
減少させることができることが発見された。

この発明によれば略々５．０８　ａｓｓ　（２インチ）
オでの範囲の実効断面直径を有するスラＩＪ−に対して
は周波数ｆは次の式で決定できる。

また実効断面直径が５．０８ｍよシ大きいスラリーに対
しては周波数ｆは次の式で決定される。

ｆ＝ｙ［０，１３６Ｘ１０５（２５４ｍ秒２）″１（勇
−６８，７（２Ｓ４ｃｒｓ・秒）″１）＋［−２２７Ｘ
１０５秒−２（萄＋４７８秒−１〕ここで　Ｘ＝略々０
．７５乃至１．２５ｙ＝略々０．５乃至１．５ Ｄ＝実効断面直径 Δ＝σμ。ｔ２ σ＝収容装置の電気伝導度 μ。＝収容装置の透磁率 ｔ；収容装置の厚さ したがって、この発明の目的は半固体チクソトロビック
金属スラリーを鋳造するための効率ることである。

この発明の別の目的は任意の磁気誘導レベルに対して所
望の剪断速度を得るために必要とされる電力消費を減少
させることのできる上記製造方法および製造装置を提供
することである。

これ等の、およびその他の目的は以下の説明および添付
図面によってさらに明瞭にされる。

この発明の波縞的背景としてスラリー鋳造に使用される
半固体チクソトロピ、り金属スラリー鋳造材料するため
の多くの技術が発宍されている。ここに使用されている
スラリー鋳造とは後で処理するためのビレットやスラリ
ーから形成されたグイキャストのような所望の構造に直
接半固体チクソトロピ、り金属スラリーを形成すること
を云うものである。

この発明は主として直ちに処理するため、或　　　　゛
は後で鋳造および鍛造のようなそのような材料の種々の
用途に使用するためにスラリー鋳造材料を提供しようと
するものである。スラリー鋳造の効果については従来の
技術文献に充分に記載されている。これ等の効果中には
通常のダイキャス）Ｋ比較して鋳造欠陥が改善されるこ
とが含まれている。これは金属が鋳型に入る時に部分的
ｒｃ固体であり、したがって収縮による空孔の発生が少
ないことによるものである。鋳型の腐蝕の減少とスラリ
ー鋳造に伴う熱衝撃の減少によって装置の寿命もまた改
善される。

チクソトロピ、クスラリーの金属組成は分離した１次面
体粒子とそれを囲むマトリックスから成っている０粒子
を囲んでいるマトリ、クスは金属組成物が充分に固化さ
れた時ＫＦｉ固体であシ、金属組成物が部分的に固体で
あり部分的に液体スラリーである時には液体である。１
次面体粒子は縮退した樹状晶或は団塊から成り、一般に
球状である。１次面体粒子は単相或は充分に固化した合
金中のそれを囲むマトリックスの平均組成と異なった平
均組成を持つ複数の相から構成されている。マトリック
ス自身はさらに固化する時１相或はそれ以上の相を構成
することができる。

通常固化された合金は温度が低下し、固体の重量部分が
増加するに従って相互に結合して網状に発達し九分枝を
有する樹状晶會有する。それと反対にチクソトロピック
金属スラリーは液体金属マトリ、クスにより相互に分離
された縮退した樹状晶１次粒子から成シ、固体部分が８
０重量％まで増加されている。１次面体粒子は縮退した
樹状晶であＱｌそれにおいてそれ等は滑らかな表面を有
し、普通の樹状晶と比較して分岐が少なく、球状に近い
形をしている。１次面体粒子を囲む固体マトリックスは
１次面体粒子の形成に続く液体マトリックスの固化中に
形成され、通常の方法で液状合金を固化する際に得られ
るような形式の１または１以上の相を含んでいる。この
固体マトリ、クスは樹状晶、１相或は多相化合物、固溶
体、或は樹状晶の混合物および／ま九は化合物および／
または固溶体から成っている。

第１図および第２図を参照するとチクソトロビ、り金属
スラリーを連続的或は半連続的に鋳造する装置１０が示
されている。円筒状の鋳型１１はそのような連続的或は
半連続的スラリー鋳造に適している。鋳型１ノはオース
テナイトステンレススチール、銅、銅合金、アルミニウ
ム、アルミニウム合金、或は類似材料のような任意所望
の非磁性材料で形成することができる。

第３図から鋳凰壁２１が本来円筒形であることが判る。

この発明による装置１０および処理方法は攪拌に通常の
２極長相誘導電動機ステータを使用して断面直径りの円
柱状インゴットを作るのに特に適している。しかしなが
ら第４図に示すように円形断面でない筒状鋳型装置１ノ
と共に横断方向或は周辺に沿って移動する磁界を利用す
ることも可能であるから、円柱状インゴットの形成に限
定されるものではない。第４図の実施例では鋳Ｗｌｌは
長方形の断面を有し長方形の多相防導電動機ステータ１
２によりて囲まれている。磁界は製造される鋳造体の長
軸′に垂直な方向で鋳型１１の周囲を移動或は横断する
０作られる長方形断面鋳造体は実効断面直径りを有する
。この非円形断面鋳造体に対する実効断面直径と祉鋳造
体の幾何学的中心を通る一辺から他辺までの最短線を意
味する０円形断面の鋳造体では実効断面直径は円形の鋳
造体の直径と同じである。この場合にはこの発明の好ま
しい実施例は円筒状鋳型１１を利用している。

鋳型ＩＩの底部ブロック１３は鋳造体が固化殻（ｓｈ・
ｒｔ　）を形成するｋつれて鋳型から離れるように移動
するように構成されている。可動底部ブロック１３は標
準の直冷鋳造量底部プロ、りから構成されている。それ
は金属で作られ、鋳型空洞１４を画定する範囲内に設定
されている第１図に示す位置と第２図に示すように鋳型
１１から遠く離れた位置との間で移動゛するように構成
されている。この移動は適当な運搬体１６上に底部ブロ
ック１３を支持することによって行なわれる。案内ねじ
１６．１１或は水圧手段を使用して底部ブロックＩＳは
所望の鋳造速度で通常行なわれるようにして上下される
。底部ブロック１３は鋳型軸１ｓｔｒｃ沿りて軸方向に
移動する。それは空洞１９１に備え、そこに溶融金属が
最初に注がれ、それが鋳型１１から引き下げられるに従
って鋳造体が安定に鋳造されるように影蕃を与える・ 冷却多岐管２０が鋳型壁２１の周辺に配置されている０
図示の多岐管２０は第１の入口室２２および狭い溝２４
でこの第１の入口室と連結された第２の室２３を備えて
いる。冷媒ノヤケットスリープ２０ａは非磁性材料で作
られ多岐管２０に取り付けられている。放出溝ｓａｄ冷
媒ジャケットスリーブ２０１と鋳型１１の外表面２６と
の間隙によりて形成されている。水のような冷媒のカー
テンが鋳型１１の外表面の周囲に形成される。冷媒は鋳
型１１の内壁を介して溶融金風から熱を運び去る作用を
する。冷媒は溝２６を通って流出し固化しつつあるイン
ゴット３１に直接性がれる。適当な弁装置２７がスラリ
ーＳの固化速度を制御するために散布される水その他の
冷媒の流量を制御するために設けられている。図示の装
置１ｏ１ｆｃおいては手動操作弁装置２７が示されてい
るが、所望ならばこれは電気的に操作される弁であって
もよいｅ鋳型１１中に注がれる溶融金属は鋳型１１の外
表面２６上にそれを囲む多岐管２０から散布される水に
よって制御された条件に従って冷却される。鋳型外表面
２６に対する水の流量を制御することによって鋳型１１
内の溶融金属からの熱の抽出速度が部分的に制御される
。

所望のチクソト党ビックスラリーを形成するために鋳型
ｌノ内の溶融金属を攪拌する手段を設けるために２極長
相誘導電動機ステータ２８・が鋳型１１を囲んで配置さ
れて−る。ステータ２８は積層鉄心２９と好ましくは３
相誘導電動機ステータを形成するように普通の方法でそ
れに巻回された所望の巻線３０とを備えている。

ステータ２８は電動機容器Ｍ内に設置されている。異な
った周波数および大きさの電力および電流を与えるため
に任意０適幽な手段を使用することができるが、可変周
波数発電装置４４によってステータ２８に電力および電
流を供給することが好ましい。多岐管２ｏおよびステー
タ２８は鋳型１１およびその内部に形成された鋳造体３
１の軸１８と同軸に配置されている。

２極３相誘導電動機ステータ２８を利用することが好ま
しい。２極電動機ステータ２８を使用することＶヒよる
利点の１つは鋳型１１の全断面に亘ってゼロ磁界が存在
しないことである。

それ故この発明によってその全断面部分に亘って所望の
スラリー鋳造構造を有する鋳造体を固化することが可能
である。

部分的に閉鎖しているカバー３２が溶融金属およびスラ
リーＳがステータ２８の磁界による攪拌作用によってと
ほれ出ることを防止するために使用される。カバー３２
は多岐管２０の上に配置された金属板より成り、適当な
絶縁ライナー３３によってそれと隔離されている。カバ
ー３２は開口３４を備え、それを通って溶融金属が鋳型
空洞１４に流入する。カバー中の開口３４と連通［７て
ファンネル３５が設けられ溶融金属を開口３４へ導いて
いる。絶縁ライナー３６が金属のファンネル３５と開口
３４を保護するために使用されている。チクソトロビ、
り金属スラリーＳが鋳型１１内で回転するので遠心力が
空洞中で金属を鋳型壁２１の方へ進めようとさせる。カ
バー３２Ｆｉセラミ、りのライナー３３を備えており金
属スラリーＳが押し上げられて鋳型空洞からこほれて装
置１０や鋳造体に損傷を生じないようにする。カバー３
２のファンネル部分３５もまた溶融金属の貯蔵溜として
作用し遠心力によって鋳造物の上端面に縦断面がＵ形の
空洞が形成することを避けるために鋳型１１を充満した
状態に維持する。

ファンネル３５のすぐ上に供給口３７が設けられそこか
ら適当な炉３８で溶融された金属が流れ落ちる。弁３９
が供給口３７と同軸に設けられ、普通の方法で鋳型１１
中への溶融金属の流入量を調節する。炉３８は任意の通
常の設計のものでよい。

再び第３図を参照すると回転磁界攪拌の別の利点が示さ
れている。７レミングの右手の法則によって図の紙面に
垂直な方向の与えられた電流Ｊと鋳型１１０半径方向で
内方に向く磁束ベクトルＢＫ対して磁気攪拌力ベクトル
Ｆは一般に鋳型壁２１の接線方向を向く。これは鋳型空
洞内に矢印Ｒの方向の溶融金属の回転を生じ、それはチ
クソトロビ、クスラリーＳを生成するための所望の剪断
力を発生させる。力ベクトルＦＦ１ｔた熱の抽出方向と
垂直でラシ、それ故樹状晶の成長方向に垂直である。固
化範囲に亘って所望の平均剪断速度を得るためＫすなわ
ちスラリーの中心から鋳型壁の内側に対して成長する樹
状晶の改善された剪断を得ることができる。

これはスラリー鋳造構造の品質を改善する。

ステータ２８によって発生された攪拌力のフィールドは
溶融金属とチクソトロピ、り金属スラリーの全固化領域
に拡がっていることが望ましい、他方鋳造体の構造はス
ラリー鋳造構造を有するステータ２８の磁界の領域とス
ラリー鋳造構造でない構造になる傾向の強いステータ磁
界の外側の領域とから成っている。第１図および第２図
の実施例においては同化領域は鋳型１１内の溶融金属お
よびスラリー８の溜めから成）、それは頂面４０から固
化された鋳造物３１をスラリーＳから分離している固化
前端４１まで続いていることが望ましい、固化領域は少
なくとも鋳型空洞１４中の固化およびスラリー形成の最
初に開始する領域から固化前端４１までのびている。

普通の固化条件下ではインゴット３１の周縁は柱状の樹
状晶粒状構造を有している。そのような構造は望ましい
ものではなく、インゴットの断面の大部分を占めるスラ
リー鋳造構造全体の利点を損なうものである。

この発明によりこの外側の樹状晶層を消滅させ或はその
厚さを殆ど問題にならないように減少させるために鋳型
１１の上部領域の熱伝導度を七ラミ、りのような熱絶縁
物で作られた部分的な鋳型ライナー４２によって減少さ
せる。セラミ、り鋳型ライナー４２は鋳型力／＃−ＳＸ
の絶縁ライナー３３の位置から下方に鋳型空洞１４中に
充分な長さで存在するように設けられ、それ故２極電動
機ステータ２８の攪拌磁界が部分的なセラミ、り鋳型ラ
イナー４２の少なくとも一部に及ぶようにされる。セラ
ミ、り鋳型ライナー４２は鋳型１１の内面形状に一致し
、鋳型壁２１に保持された殻である。鋳型１１はセラミ
、クライナー４２により画定された低熱伝導度の上部部
分と鋳型壁２１゛の露出部分によシ画定された高熱伝導
度の部分とを備えた２重構造を具備している。

ライナー４２は溶融金−が強い磁気攪拌力の領域に入る
まで固化を遅らせる。ライナー４２によって熱抽出率が
低下するため一般に鋳型１１のその部分では固化が妨げ
られる。一般に固化はライナー４２の下流端付近或はそ
れ以降を除、　　ψ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　□りては生じない。低熱伝導度のこの領域或
は帯域は、それ故生成されたスラリー鋳造インプット３
１がその断面全体を通じてその外表面まで縮退した樹状
島構造を有することに寄与する。

もし所望であればインゴット殻の最初の固化は本出願人
・の別出願（発明者Ｗｌｎｔｖｒ他１００４２−ＭＢ）
中に記載したように鋳型の熱特性を適切にするようにさ
らに制御することもできる。好ましい方法としては第６
図に示すように鋳型１１そのような制御が行なわれる。

熱絶縁層（バンド）４６は鋳型１１を通じて熱の逃散す
るのを減少させ、それによって固化速度を低下させ固化
の内方への成長を減少させるように作用する。

熱伝導度を制御される領域の下方に普通の形式の水冷式
金属鋳造用鋳型壁２１が存在する。

鋳型１ノのこの部分の高い熱転送率のためにインが、ト
殻の形成が促進される。しかしながら低い熱抽出率の領
域のために鋳造物３ノの周辺の殻すらもマトリックスで
囲まれた縮退した樹状晶から成っている。

鋳造物の表面において所望のスラリー鋳造構造を形成す
るために鋳型ライナー４２からの最初の固化の成長は実
効的に剪断することが望ましい・これは電動機ステータ
２８による磁界が少なくとも固化が最初に開始される部
分を越えて拡がることを確実に行なうことＫよって達成
される。

最初に鋳型１１の内周に垂直に形成される樹状晶はステ
ータ２Ｂの回転磁界によシ生じた金属の流れＫよって容
易に剪断され取り除かれる。

剪断されて除去された樹状晶は連続的に攪拌され、それ
等は固化前端４１に捕捉されるまで縮退した梢状晶を形
成するように攪拌され続けられる。溶融金属の回転攪拌
作用は樹状晶の選択的な成長を許さないから縮退した樹
状晶はまたスラリー中でも直接形成される。確実にこれ
を行なうためにステータ２８の長さは固化領域の゛全長
を越えて延在していることが望ましい。特にスヂータ２
８による攪拌磁界は充分の大きさで固化領−の全長およ
び全断面に亘って拡がり所望の剪断速度を生じるように
することが望オしい。

第１図および第２図の装置１０を使用してスラリー鋳造
体３１を形成するために溶融金属が鋳型空洞１４に注が
れ、一方ステータ２１１Ｆｉ所望の振幅および周波数め
適当な３相交流電流で付勢される。好ましい実−例では
可変周波数発電装置４４がステ―りに電力を供給する。

溶融金属は鋳型空洞は注入された後、ステータ２８によ
る回転磁界によって連続的に攪拌される。

固化は鋳型壁２１から開始する。最高の剪断速度は静止
した鋳型壁２１或は前進する固化前端において発生され
る。従来から知られている任意の所望の手段によ□って
適当に固化速度を制御することによって所望のチクヅト
ロビ、クスラリ−８が鋳型空洞１４内に形成される。固
化殻が鋳造体３１上に形成されるに従って底部ブロック
１３は所望の鋳造速度で下方に引下げられる。

好ましい別の実施例においてけ第５図に示すような水平
鋳造装置がスラリー鋳造材料の製造に使用される。鋳型
１１、冷却多岐管２０卦よびステータ２８は鋳造物が水
平に引き出される方向に配置されていることを除けば前
に説明した装置と類似している。溶融材料供給システム
は部分的に示された炉３８．樋５０．溶融金属流量制御
装置すなわち弁５２を備え、弁５２は樋５０から吐出口
５４を通って容器５６へ流れる溶融材料を制御する。弁
５２は容器５６中の溶融材料の高さを制御する。その代
）に溶融金属が炉３８から直接容器５６中に供給されて
もよい。溶融材料は導管５８を通りて水平に容器から出
て行き、導管５８は直接鋳型１１に連通している。固化
した鋳造物すなわちインプット３１は引出機構６０によ
って引き出される。引出機構６０は鋳型区域からインコ
゛、ト３１を引き出すための駆動を行なう。鋳型１１中
への溶融材料の流量はインプット３１の引き出しによっ
て制御される。任意の通常の引出機構が利用できる。

装置１０およびそれによる方法によって得られる剪断速
度は機械的攪拌処理について報告さあってもはるかに高
い。これ等の高い柄断速度は固化したスラリーＳの殻が
すでに存在している時であっても鋳造断面の中心に拡げ
られることができる。

縮退した樹状晶スラリー鋳造構造を生成するために必要
な攪拌力を与える誘導電動機ステータ２８は所望に応じ
て１次冷却多岐管の上下何れＫも容易に配置することが
できる。しかしながらステータ２８と鋳型１ノは冷却多
岐管２０の下方に位置させる方が好ましい。

この発明によって２つの競合するプロセス、すなわち剪
断と同化が制御される。この発明の電磁的装置を使用す
ることＫよって生じた剪断作用は機械的攪拌によって得
られるものに等しいか或は大きくすることができる。

磁気誘導、磁界回転用波数および溶融金属の物　　　　
゛理的性質のようなプロセスを支配するパラメータをそ
の結果生じる運動を決定するために結合することが発見
された。プロセスおよび溶融物の両者の上述の特性の寄
与は次のような２′）のディメンション的グループ、す
なわちβおよびＮの式によって要約することができる。

β＝／ゴＱｘｆａπ１（１） σＲ２〈Ｂｒ〉２ Ｎ＝−一一一一二　　　　　　（２） ηＯ ここで　ｊ＝（’ゴ ｆ＝電源周波数 σ＝溶融体の電気伝導度 μ０＝透磁率 Ｒ＝溶融体の半径 （Ｂｒ）。＝鋳造壁における半径方向の磁気誘導 η。＝溶融体の粘度 ここに使用されている電源周波数とはステータに供給さ
れる多相電流の周波数を意味する。

第１のグループβは磁界の幾何学的形状の影響の尺度で
あシ、−１第２のグループＮは物体に対する起磁力と関
係する速度フィールドとの結合係数を表わす。・９ラメ
ータＮの関数としてβの単゛−の値に対して計算された
速度および剪断フィールドを決定することができる。

これ等の決定から剪断速度は鋳型の外側付近で最大でお
ることが認められた。この最大剪断速度はＮの増加と共
に増加する。剪断は周辺境界すなわち鋳型壁が剛体であ
るから溶融体中で生じることが認識された。それ故固化
殻−２＞Ｅ存在する時溶融体中の剪断応力は液体一固体
の境界である固化前端４１．において最大でなければな
らない。さらに前進する固化前端４１に常に剪断応力が
存在する丸め適当な縮退樹状晶スラリー鋳造構造を断面
全体に有するイン−ｉ”、ト３１を製造することが可能
である。

この発明によれば驚くべきことに電源周波数の限られた
範凹内における動作が電力消費および電流のレベルを減
少させ良状態で所望の鋳造構造を得るための所望の剪断
速度を生じることができることが発見された。またステ
ータ中の熱損失の減少によって効率が改善されるという
予期しない効果も認められた。

電源周ｉ数の限定された範囲は鋳型の物理的性質と固化
中のスラリーの実効断面直径から次式に従って予知する
ことができる。

約５．０８ｍ（２インチ）までの範囲の実効断面直径Ｄ
Ｋ対しては、 ここで　ｘ＝０．７−５〜１．２５ Δ＝σμ。ｔ２（４） σ＝鋳型材料の電気伝導度 μ。＝鋳型材料の透磁率 ｔ＝鋳型の厚さ 約５．０８　ｃｍより大きい実効断面直径Ｄ　Ｋ対して
は、ｆ＝ｙ（［０１３６Ｘ１０５（２５４ｃｍ秒２）−
’（Ｊ）−６８，７（２５４ｗ秒）−’　：ｌＤ＋（−
２，２７Ｘ１０５秒−２（７）＋４７８秒″″’））　
　　　　（５）ここでｙ＝約０．５〜１．５であり、好
ましい実施例においてはＸは略々０．８乃至１．２ｅｙ
は略略０．７５乃至１．２５である。

式（４）Ｆｃよシ与えられ、式（３）および（５）で使
用されている）ぐラメータΔは溶融体の攪拌における鋳
型の効果を充分に表わしているものである。

鋳型は溶融体の攪拌に影響し、磁界を成る程度吸収する
。

電源周波数の範囲を決定できることは電力消費レベルお
よび電流レベルの減少した状態において攪拌効果が増加
する結果として縮退した樹状晶の形状がさらに球状に近
いものＫなると′とによって鋳造構造の品質が顕著に改
善されたものを製造する仁とを可能にする。それはまた
任意の特定の寸法に対してステータの加熱を最小にしな
がら所望の平均剪断速度を発生するような周波数の選択
における重要なガイドである。

ステータの加熱は磁化電流にょシスデータ中で決定され
る。

第１　、２　、５および６図の実施例において、可変周
波数発電装置４４１１ステータ２８に特定の電源周波数
で電流を供給し、そのステータ２８は実質上固化領域全
体に亘って所望周波数のゼロの部分のない移動磁界を生
成する。磁界は溶融金属の混合および固化領域中で形成
される樹状晶の剪断を所望の速度で行なわせる０式（３
）まために可変周波数発電装置４４を使用するととＫよ
って効率の改善、電力消費の低減、無駄なステータ加熱
の最小化が達成できる。

第７図は異なる型式の鋳型に対して鋳造され□るアルミ
ニウム合金スラリーの実効断面直径に対する電力消費の
節減を生じる所望の周波数の数例を示している。曲線７
０は０．６３５ｃｒＲ（１／４インチ）の厚さのアルミ
ニウム鋳型中で鋳□造されるスラリーの直径に対する周
波数曲線いる。曲線７２は０．６３５備の厚さの銅の′
に型中で鋳造されるスラリーの直径に対する周一　波数
曲線を示している０曲線７４は０．６３５ｅＩｎの厚さ
のオーステナイトステンレススチールの鋳型中で鋳造ｉ
れるスラリーの直径に対する周波数曲線を示している。

この発明による処理を遂行するために適当な剪断速度は
少なくとも約４００／秒から約１５００／秒の範囲τあ
り、少なくとも略々５００／秒乃至１２００／秒である
ことが好ましい。アルミニウムおよびその合金に対して
は略々７００／秒乃至１１００／秒の剪断速度が望まし
いことが発見された。

鋳型中の溶融金属の固化温度範囲を通しての平均冷却速
度は略々０．１℃／分乃至１０００℃／分でなければな
らず、略々１０℃／分乃至５００℃／分であることが好
ましい。アルミニウムおよびその合金に対しては略々４
０℃／分乃至５００℃／ヶ年均冷却速度が適当であるこ
とが発見された。磁気流体力学的攪拌の効率は従来；の
技術による場釡よシも高い冷却速度を使用することを許
容する。冷却速度が高くなると生成された鋳造物中に高
度に望ましい微細粒状組織構造が生じる。さらに連続ス
ラリー鋳造に対してはよシ高いスルー！、ト（単位時間
中の処理量）が高い冷却速度の使用の結果得られる。

この発明による処理を行なうためのパラメータｌβ１（
βは式（１）によって決定される）は略略ｌ乃至１０で
なければならず、略々３乃至７であることが望ましい。

この発明による処理を行なうためのノ９２メータＮ（式
（２）によって決定される）は略々１乃至１０００でな
ければならず、略々５乃至２００であることが好ましい
。

略々２．５４ｃ１ｎ乃至２５．４ｃｆＩＨの半径のアル
ミニウム合金の鋳造のための電源周波数は略々３Ｈｚ乃
至３０００Ｈｚでなければならず、略々９Ｈｚ乃至２０
００Ｈｚであることが望ましい。

電源周波数と溶融体の半径との関数である磁界強度はア
ルミニウム合金の鋳造では略々５０ガウス乃至１５００
ガウスでなければならず、略々１００ガウス乃至６００
ガウスであることが好ましい。

使用される特定のパラメータはチクソトロピ、クスラリ
ーを与える所望の剪断速度を得るために金属系に応じて
変化することができる。

この明細書中−で使用されている固化領域といｉ１化が
生じる鋳型中の溶融金属ま九はスラリーの領域をいうも
のである。

ここで使用されている磁気流体力学とは移動或は回転す
る磁界を使用して溶融金属或はスラリーを攪拌するプロ
セスをいうものである。磁気攪拌力はこの発明の移動ま
たは回転磁界により与えられる磁気駆動攪拌力を表わす
ことばとしてよシ適切なものである。

この発明の方法および装置はアルミニウムおよびその合
金、銅およびその合金ならびに鋼およびその合金を含む
従来技術に示された全ての範囲の物質に適用可能である
が、それに限定されるも・のではない。

この発明は連続或は半連続鋳造システムに関してこれ迄
説明して来たが静止型鋳造システムのような他の型式の
鋳造システムにもそれが磁　　　　・気流体力学的攪拌
を利用するのであれば使用できる。

すでに前に説明したような目的、手段、および利点を光
分圧満足させるチクソトロビ、り金属スラリーを製造す
るための効率の改善された方法および装置がこの発明に
よって提供されることは明白である。

この発明は特定の実施例に関連して説明されているが前
述の記載に基づいて多くの変形、変更が可能であること
は当架者には明由である。

したがってそのような変形変更も全て特許請求の範囲に
記載された発明の技術的範囲に含まれるべきものである
。

【図面の簡単な説明】

＠１図は゛チクソトロピック半固体金属スラリーの鋳造
装置の一部断面で示した概略図であシ、第２図は第１図
の鋳造動作中の状態を示す、第３図は溶融金属に回転を
生じる瞬間磁界および力を示す図であり、第４図はこの
発明の別の実施例の非円形鋳型と誘導電動機ステータの
底面図の略図である。＠５図は水′平にチクソトロピッ
ク半固体金属スラリーを鋳造する装置の一部断面で示し
た概略図であり、第６図はインゴ。 ト殻の最初の固化を制御するための絶縁バンドを備えた
チクソトロピック半固体金属スラリー鋳造装置の一部断
面で示した概略図である。第７図は異なる型式の鋳型に
ついて周波数と鋳造物の直径との関係の実例を示すグラ
フである−０１１・・・鋳型、１３・・・底部プロ、り
、１４・・・鋳型空洞、２ｏ・・・冷却用多岐管、２１
・・・鋳型壁、２８・・・電動機ステータ、２９・・・
鉄心、３ｏ・・・巻線ミ３２・・・カバー、３５・・・
７７ンネル、３３゜３６．４２・・・絶縁ライナー、４
４・・・可変周波数発電装置、４５・・・熱絶縁体バン
ド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）溶融金属マトリ、クスに囲まれた縮退した樹状晶
   １次回体粒子より成る半固体金属スラリーを製造する方
   法において、 固化領域を有している溶融金属収容手段を設け、収容し
   た溶融金属を電磁的に攪拌して前記固化領域において形
   成される樹状晶を所望の剪断速度で剪断する工程を有し
   、該電磁的に攪拌する工程においては、移動磁界を発生
   する手段を設けてこの移動磁界発生手段に所要の周波数
   の電流を供給してそれによって前記移動磁界を発生させ
   ておシ、それにおいて前記移動磁界発生手段の電力消費
   を減少させる手段として前記スラリーの実効断面直径が
   略々５．０８ｃｍまでの範囲のものに対しては前記周波
   数ｆｔ に保持し、ス岬−の実効断面直径が略々５．ｏ８備より
   大きいものに対しては前記周波数ｆをｆ＝ｙ（［０，１
   ３６Ｘ１０５（２，５４ｏ１１秒２）−’（ｊ）　６８
   ．７（２，５４ｍ・秒）−’）Ｄ＋［−２，２７刈０５
   秒−２（局＋４７８秒−１〕）に保持するように制御し
   、上記周波数ｆを決定する式において Ｘ＝略々０．７５乃至１．２５ ｙ＝略々０．５乃至１．５ Ｄ＝実効断面直径 Δ；σμｔ２ σ；収容手段の電気伝導度 μ。＝収容手段の透磁率 ｔ＝収容手段の厚さ と′する半固体金属スラリーの製造方法。 （２）磁界発生手段として多相２極誘導電動機ステータ
   が設けられ、このステータに前記の周波数の電流が供給
   され、ステータ中の無効発熱量を最小とするために、所
   定の剪断速度を生じるために必要な電流量を減少させる
   如く周波数が制御される特許請求の範囲第１項記載の製
   造方法。 （３）鋳造体を形成するために溶融金属が冷却される特
   許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （４）　　剪断速度が略々４００／秒乃至１５００／秒
   の範囲内におるように溶融金属の攪拌が行なわれる特許
   請求の範囲第１項記載の製造方法。 （５）剪断速度が略々５００／秒乃至１２００　／秒の
   範囲内にあるように溶融金属の攪拌が行なわれる特許請
   求の範囲第４項記載の製造方法。 （６）前記周波数を決定する式においてＸの値が略々０
   ．８乃至１．２であｔ）、ｙの値が略々０．７５乃至１
   ．２５である特許請求の範囲第１項記載の製造方法。 （７）半固体金属スラリーを製造する装置が、固化領域
   を有する溶融金属収容手段と、溶融金属を攪拌して前記
   固化領域において形成される樹状晶を所望の剪断速度で
   剪断する電磁手段とを具備し、該電磁手段は移動する磁
   界を発生する手段と皺磁界発生手段に所要周波数の電流
   を供給する手段を備えておｐｌそれにおいて磁界発生手
   段の電力消費を減少させる手段として、前記スラリーの
   実効断面直径が略々５．０８ｃｍまでのものに対しては
   前記周波数ｆを に保持し、スラリーの実効断面直径が略々５．０８副よ
   シ大きいものに対しては前記周波数ｆをｆ＝ｙ（（ＯＪ
   ３６ｘｌＯ’（２５４ｃｙ秒２）−’＜４−６８．７（
   ２ｊ５４ｅＩＩＩ！ｐ）−’）Ｄ＋［−２，２７刈０５
   秒−２（萄＋４７８秒−１〕）に保持するように制御す
   る手段を具備しておシ、前記周波数ｆを与える式におい
   て ！＝略々０．７５乃至１．２５ ｙ＝略々０．５乃至１，５ Δ＝σμ。ｔ２ Ｄ＝実効断面直径 σ＝収容手段の電気伝導度 μ。＝収容手段の透磁率 ｔ＝収容手段の厚さ である溶融金属マトリ、クスで囲まれた縮退した樹状晶
   １次面体粒子より成る半固体金属スラリーの製造装置 （８）　　電磁的に攪拌する手段が多相２極誘導電動機
   ステータを具備し、周波数を制御する手段がこのステー
   タ中の無効加熱を最小のものとすることができるように
   前記所要の剪断速度を生じるために必要な電流量を減少
   させている特許請求の範囲第７項記載の装置。 （９）鋳造体を形成するために溶融金属を冷却する手段
   を備えている特許請求の範囲第７項記載の装置。 （１０）収容手段が実質上鋼から成る鋳型を具備してい
   る特許請求の範囲第７項記載の装置。 （１１）収容手段が実質上アルミニウムから成る鋳型を
   具備している特許請求の範囲第７項記載の装置。 （１２）剪断速度が略々４００／秒乃至１５００．メ沙
   の範囲内である特許請求の範囲第７項記載の装置・ （Ｉ３）剪断速度が略々５００／秒乃至１２００／秒の
   範囲内である特許請求の範囲第１２項記載の装置。 （１４）前記周波数を決定する式における！の値が略々
   ０．８乃至１．２であり、ｙの値が略々０．７５乃至１
   ．２５である特許請求の範囲第７項記載の装置。