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半固体金属鋳造（SSM）は、ダイカストのニアネットシェイプの変種です。[1]このプロセスは現在、アルミニウム、銅、[2]、マグネシウムなどの非鉄金属で使用されています。適切なダイ材料がない高温合金でも機能します。このプロセスは、鋳造と鍛造の利点を組み合わせたものです。このプロセスは、このプロセスを可能にする現象である流体特性チキソトロピーにちなんで名付けられました。チキソトロピー流体は、せん断されると流れますが、放置すると濃くなります。 [3]このタイプのプロセスの可能性は、1970年代初頭に初めて認識されました。[3]その3つの変種は、チキソキャスティング、レオキャスティング、およびチキソモールディングです。SIMAは、熱間および冷間加工を使用してチキソキャスティング用のアルミニウム合金を準備する特殊なプロセスを指します。[説明が必要]
SSM は、金属が液相線と固相線の間、理想的には 30 ～ 65% の固体になる温度で行われます。混合物は、使用可能にするためには粘度が低くなければなりません。この低粘度に達するには、材料は液相に囲まれた球状の一次相を必要とします。[2]温度範囲は材料によって異なり、アルミニウム合金の場合は 50 °C にもなりますが、融点範囲が狭い銅合金の場合はわずか数十分の 1 度です。[4]
SSMは主にハイエンド用途に使用されます。アルミニウム合金の場合、代表的な部品としては、医療用および航空宇宙用構造部品、圧力容器部品、防衛部品、エンジンマウント、エアマニホールドセンサーハーネス、エンジンブロック、オイルポンプフィルターハウジングなどがあります。[5]
歴史
チクソモールディングは、1980年代にダウケミカル社がプラスチック押出機を改造して発明した。同社は1987年の特許を1990年にチクソマット社に譲渡した。日本製鋼所とハスキーインジェクションモールディングシステムズ社がこの技術のライセンスを取得した。[6]
2024年現在、最も重要なチクソモールド成形自動車部品はジープ・ラングラーのスペアタイヤキャリアである。[6]
しかし、2024年にIdraはチキソトロピックピストン射出成形（TPI）を採用したチキソ成形機を発売した。[6]
プロセス
半固体鋳造には 4 つの技術が関係します。アルミニウム合金の場合、より一般的なプロセスはチクソ鋳造、レオ鋳造、および SIMA です。
マグネシウム合金の場合、最も一般的なプロセスはチクソモールディングです。[7]
チクソキャスティング
チクソキャスティングは、通常、バーを鋳造する際に溶融物を激しく撹拌することによって生成される、非樹枝状微細構造のプレキャストビレットを使用します。通常、誘導加熱を使用してビレットを半固体温度範囲まで再加熱し、ダイカストマシンを使用して半固体材料を硬化鋼の金型に注入します。チクソキャスティングは商業的に使用されています。チクソキャスティングは、鍛造品や圧延品の製造に使用されるのと同じ理想的な連続処理条件下で製造されたプレキャストビレットを使用することで得られる製品の一貫性により、高品質の部品を製造できます。[8]主な欠点は、特殊なビレットを使用するため高価になることですが、社内に磁気流体力学的連続鋳造機能を備えた施設では、社内で回収した材料を 100% リサイクルできます。その他の欠点としては、サポートされる合金の数が限られていること、およびスクラップを直接再利用するための社内の磁気流体力学的鋳造機能などがあります。[9]
レオキャスティング
レオキャスティングは、一般的なダイカスト炉で生成された溶融金属から半固体スラリーを生成します。[8]これにより、一般的なダイカスト合金の形でより安価な原料を使用でき、直接リサイクルできます。[9] しかし、レオキャスティングでは、最初の活動の急増の後、レオキャスティングで処理される材料が非常に少なくなるなど、プロセス制御の問題も発生します。[引用が必要]
チクソモールディング
マグネシウム合金の場合、チクソモールディングでは射出成形に似た機械を使用します。単一ステップのプロセスで、室温のマグネシウム合金チップが容積式フィーダーを介して加熱バレルの後端に供給されます。バレルは酸化を防ぐためにアルゴン雰囲気を維持します。バレル内にあるスクリューコンベアは、マグネシウムチップが半固体温度範囲まで加熱されると、前方に送ります。スクリューの回転により、半固体鋳造に必要な球状構造を生成するために必要なせん断力が提供されます。十分なスラリーが蓄積されると、スクリューが前方に移動し、スラリーを鋼製ダイに注入します。[10]材料の流れは乱流が少なくなり、気孔率がほぼゼロになります。材料がダイに入る速度が遅いため、ダイの寿命が2倍以上延びます。
スラリーモジュール
チキソトロピックピストン射出成形は、従来のダイカストマシンにスラリー成形スクリューをモジュールとして追加します。既存の射出ピストンを使用して十分な圧力をかけながら、スクリューを使用して金属を準備（半溶融）します。さらに、保持炉と溶解炉（通常は金属を溶解）が不要になり、保持中の合金の分離を防ぎます。[6]
ひずみ誘起溶融活性化（SIMA）
SIMA法では、まず材料をSMM温度まで加熱します。固相線温度に近づくと、粒子が再結晶して微細粒構造を形成します。固相線温度を過ぎると、粒界が溶けてSSM微細構造を形成します。この方法が機能するには、材料を半硬質焼戻し状態で押し出すか冷間圧延する必要があります。この方法では、37 mm (1.5インチ)未満の棒径のみをサポートします。[11]
利点
高い固化圧力は、高強度部品の製造に使用されます。半固体鋳造の利点は次のとおりです。[12]
- ネットシェイプで製造された複雑な部品
- 毛穴なし
- 収縮の低減
- 機械性能
- 耐圧性
- 厳しい許容範囲
- 薄い壁
- 熱処理可能（T4/T5/T6）
- 表面仕上げが良好
- 鋳造温度の低下[3]
- 従来の工具鋼材料を使用[3]
- 自動化の容易さ[3]
- ダイカストと同等以上の生産速度[ 3]
- 均一な微細構造。[3]
- 熱損失が小さいため、固形分率の変化はわずかで、周囲温度の影響を比較的受けません。
デメリット
生産施設では、プロセス条件に対する高度な制御が求められます。
- より高い最終注入圧力が必要
- より低い注入速度が必要です。
- 社内で回収された材料を完全にリサイクルするには、現場での磁気流体力学的連続鋳造機能が必要です。
- 適切な高温金型材料が不足しているため、工具鋼やステライトなどの高融点金属の鋳造は実験用途に限定されています。
参照
参考文献
注記
- ^ 「MyNADCAへようこそ！」 diecasting.org . 2015年8月20日閲覧。
- ^ ab Young 2006、p. 1。
- ^ abcdefg ロウ、アンソニー; リッジウェイ、キース; アトキンソン、ヘレン（1999年9月）、「チクソフォーミング」、マテリアルズワールド、7（9）：541–543。
- ^ Vinarcik, Edward J. (2003)、高信頼性ダイカストプロセス、第1巻、Wiley-IEEE、pp.91–101、ISBN 978-0-471-20131-1。
- ^ Kapranos, Plato (2008). Proc. 10th Inter. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites. アーヘン、ドイツ & リエージュ、ベルギー.
{{cite conference}}:欠落または空|title=(ヘルプ) - ^ abcd Zirps, Melissa (2024-01-15). 「チクソモールディングが電気自動車生産をどのように再定義するか」Light Metal Age Magazine . 2024-08-19閲覧。
- ^ LeBeau, S.; Decker, R. (1998).チクソモールド成形マグネシウム合金の微細構造設計。Proc. 5th Inter. Conf. 合金および複合材料の半固体処理。コロラド州ゴールデン。
- ^ ab Midson, Stephen P. (2008 年 9 月)。「アルミニウム合金の半固体鋳造: 最新情報」。ダイカスト エンジニア。
- ^ ab John L., Jorstad (2006 年 9 月)、「ダイカストにおけるアルミニウムの将来技術」(PDF)、Die Casting Engineering : 18–25、2011年 6 月 14 日時点のオリジナルよりアーカイブ(PDF) 。
- ^ Midson, Stephen P.; Kilbert, Robert K.; Le Beau, Stephen E.; Decker, Raymond (2004).構造用途に使用されるマグネシウムチクソモールド半固体部品の製造ガイドライン。Proc. 8th Inter. Conf. Semi-Solid Processing of Alloys and Composites。リマソル、キプロス。
- ^ ヤング 2006年、2ページ。
- ^ Midson, Stephen p. (1996). NADCA 半固体およびスクイーズ鋳造会議。イリノイ州ローズモント。
{{cite conference}}:欠落または空|title=(ヘルプ)
文献
- Young, Kenneth P. (2006)、半固体金属鋳造：銅合金部品のコスト削減（PDF）、マサチューセッツ州技術支援局、2006-10-07 のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
外部リンク
- SSM用自動鍛造セルのビデオ
- 「TPIテクノロジー」。tpi -technology.com 。 2024年8月19日閲覧。