ハイエンド変形アルミニウム合金の鋳造時微細組織の結晶粒微細化

1.1 急冷凝固法

急冷凝固は、微細な結晶粒組織を得るために高い冷却速度を使用することである。典型的には、結晶粒径は冷却速度の増加とともに減少する。同時に、高速冷却はまた、デンドライト間隔を狭めて結晶粒のより均一な内部組織を得ることができ、これはその後の加工変形にプラスの影響を与える。急冷凝固法は、変形アルミニウム合金の伝統的な鋳造方法(半連続鋳造など)では広く使用されていませんが、急速冷却技術と粉末冶金プロセスの組み合わせにより、細粒で均一な組成の大型高合金インゴットを製造することができる。射出成形プロセスは典型的な代表であり、約7×××アルミニウム合金インゴットを製造するために使用されてきた。

1.2 キネティックメソッド

動的法とは、凝固プロセス中に金属溶融物の核生成粒子を増加させ、粒子を微細化する目的を達成するためにできるだけ多くの核を形成するために、様々な振動法の使用を指す。振動方法は、主に機械的攪拌、機械的振動、電磁攪拌、音波および超音波振動を含む。

(1)機械的な攪拌と振動。凝固過程でアルミニウム合金溶湯を機械的攪拌や振動に供することにより、3次元的な流れが形成される。熱伝達や物質移動などの複雑な物理的・化学的影響により、溶融物の構造やエネルギー変動が変化し、溶融物組成が均一になりやすくなる。結晶化プロセスの核生成および成長のための好ましい熱力学的および動力学的条件を作り出す。加えて、攪拌および振動はまた、合金デンドライトアームの破壊を促進する。溶融物に入るデンドライトの破片は、新しい粒子の核生成のための好ましい部位となり得る。核生成部位の増加は、より不均一な核生成が起こり得ることを意味する。穀物の精錬に顕著な効果。機械的攪拌および振動は工業生産において広く使用されており、鋳造生産の重要な部分である。

(2)電磁攪拌。アルミニウム合金の鋳造に電磁攪拌を加えると、金属溶湯は電磁界の作用で規則的に流れるため、各部の溶湯組成や温度が均一になる傾向がある。メルトフローレートの増加に伴い、柱状粒子は長さおよび幅が小さくなり、最初に形成されたデンドライトは攪拌下で破壊され、新しい核生成中心として作用し、核生成の数の有意な増加をもたらす。同時に、この強い内部溶融物の対流は、内部溶融物の冷却プロセスを加速し、温度勾配を減少させ、微細で均一な等軸結晶粒組織を得るために有益である。機械的攪拌と比較して、電磁攪拌と機械的攪拌は同じ目的と機能を有する。違いは、前者は電磁誘導によって発生する電磁力を使用して金属の規則的な流れを促進し、後者はミキサートラックやマニピュレータなどの機械的力によって達成されることです。それらのすべては工学で適用されています。

• 超音波振動。超音波は高周波音波です。液体中を伝播するとき、液体分子は周期的な交互音場の作用を受け、音響キャビテーションおよび音響流効果を生成する。これらは、溶融物中の流れ場、圧力場および温度場の変化を引き起こし、局所的な高温および高圧効果をもたらす。液体の振動は、デンドライトアームを凝固前線から脱落させ、溶融物中の不均一な核生成コアとして作用させ、溶融物に対する超音波の分散効果により、粒子分布をより均一にする。さらに、超音波冶金は、溶融精製技術であるガスおよびスラグを除去することができる。