(57)【要約】  本発明は、厚みの中間において呈する寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度が、先行技術に係る方法により得られる寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度の５０％未満、好ましくは２０％未満である非鍛造半製品を得ることを可能とする製造方法に関する。本発明に係る方法は、特に、少なくとも一つの超音波エミッタを有する液浸装置を用いて炉内および／または槽内で液体金属浴を超音波処理するステップを有する。本発明に係る方法によって得られる半製品は、翼桁、リブ、翼下面および翼上面を製作するための航空機産業向けの板材の圧延による製造に、および補剛材を製作するための航空機産業向けの形材の押出し加工による製造に、特に有利である。【選択図】図３
2014506837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧延スラブまたは押出しビレットのような非鍛造アルミニウム合金製半製品の製造方法において、
（ｉ）重量％で、
Ｚｎ：０〜１２
Ｃｕ：０〜６
Ｍｇ：０〜６
Ｌｉ：０〜３
Ａｇ：０〜１
Ｓｉ＜０．５
Ｆｅ＜０．５
任意には含有量が０．５未満のＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｖ、Ｂのうちの少なくとも一つ、
残分はアルミニウム、
という組成の合金の液体金属浴を調製するステップと、
（ｉｉ）少なくとも一つの超音波エミッタを有する液浸装置を用いて炉内および／または槽内で前記液体金属浴を超音波処理するステップと、
（ｉｉｉ）このように処理された前記液体金属浴を固化装置へと移送するステップと、
（ｉｖ）前記処理された液体金属浴を直接冷却により垂直半連続鋳造するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
前記超音波処理が、エネルギーＰ×ｔが少なくとも１ｋＪ／ｋｇという質量単位あたりの最小エネルギーＥminに等しくなるような、持続時間ｔの間の合計超音波出力Ｐで実施され、質量単位の最低処理時間がｔmin＝Ｅmin／Ｐとなる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
Ｐが少なくとも４００Ｗに等しく、および／またはｔが少なくとも６０秒に等しい、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記超音波処理が、単位質量の平均滞留時間が少なくともｔminに等しくなるように寸法決定された槽内で鋳造中に実施される、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記超音波処理が、電磁手段により撹拌される炉内、典型的には誘導炉内で実施される、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
前記液体金属浴が、超音波処理の際に少なくとも６９０℃に等しい温度である、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
液体金属浴の超音波処理の終了と、固化装置内への同じ液体金属浴の導入との間に経過する時間が、少なくとも数分、典型的には少なくとも三分である、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
前記液体金属浴が、少なくとも０．１重量％のＭｇ含有量および／または少なくとも０．１重量％のＬｉ含有量を有する合金でできていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
脱ガス作業が存在せず、固化の際の前記液体金属浴の水素含有量が少なくとも０．１５ｍｌ／１００ｇ、好ましくは少なくとも０．２５ｍｌ／１００ｇ、そして好ましくは少なくとも０．３０ｍｌ／１００ｇである、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
前記合金が、ＡＡ２０１４、ＡＡ２０１７、ＡＡ２０２４、ＡＡ２０２４Ａ、ＡＡ２０２７、ＡＡ２１３９、ＡＡ２０５０、ＡＡ２１９５、ＡＡ２１９６、ＡＡ２２９６、ＡＡ２０９８、ＡＡ２１９８、ＡＡ２０９９、ＡＡ２１９９、ＡＡ２２１４、ＡＡ２２１９、ＡＡ２５２４、ＡＡ５０１９、ＡＡ５０５２、ＡＡ５０８３、ＡＡ５０８６、ＡＡ５１５４、ＡＡ５１８２、ＡＡ５１８６、ＡＡ５３８３、ＡＡ５７５４、ＡＡ５９１１、ＡＡ７０１０、ＡＡ７０２０、ＡＡ７０４０、ＡＡ７１４０、ＡＡ７０５０、ＡＡ７０５５、ＡＡ７０５６、ＡＡ７０７５、ＡＡ７４４９、ＡＡ７４５０、ＡＡ７４７５、ＡＡ７０８１、ＡＡ７０８５、ＡＡ７９１０、ＡＡ７９７５の中から選択される、請求項１〜９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
得られる半製品が、その厚みの中間において呈する寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度が、同一であるが超音波処理ステップ（ｉｉ）を有さない方法により得られる寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度の５０％未満、好ましくは２０％未満である、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１２】
得られる半製品が、翼桁、リブ、翼下面および翼上面を製作するための航空機産業向けの板材の圧延による製造に、または補剛材を製作するための航空機産業向けの形材の押出し加工による製造に使用される、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】
得られる半製品が、得られる半製品の厚みと鍛造製品の厚みの比が４未満または好ましくは３．５もしくは３であるような鍛造製品の製造に使用される、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１４】
金属の溶融および／またはその温度維持および／または液体金属の調製作業および組成調整作業に必要な少なくとも一つの炉と；液体金属中に溶解したおよび／またはその中で懸濁状態にある不純物の除去処理を実施するための少なくとも一つの槽と；少なくとも一つの鋳塊鋳型、上げ底、降下用装置、少なくとも一つの液体金属補給装置および冷却システムを含む直接冷却による垂直半連続鋳造による液体金属固化装置と；を含む、直接冷却による垂直半連続鋳造設備において、これらの異なる炉、槽および固化装置が、液体金属を中で輸送できる樋で互いに連結されており、前記設備が同様に、炉内および／または槽内に位置づけされている少なくとも一つの超音波エミッタを有する少なくとも一つの液浸装置も含んでいることを特徴とする設備。
【請求項１５】
超音波エミッタを有する前記装置が、誘導炉内に位置づけされている、請求項１４に記載の設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば圧延スラブおよび押出しビレットなどの、直接冷却を伴う垂直半連続鋳造によって製造されるアルミニウム合金製半製品、より詳細には、特に航空工学および航空宇宙工学用に設計されたこれらの半製品、その製造方法および利用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルミニウム合金製の厚板材および厚形材は、特に航空工学および航空宇宙工学産業において使用される。これらの製品は、一般に、半製品、つまり圧延スラブまたは押出しビレットの垂直半連続鋳造、任意には、アルミニウム合金の均質化、圧延または押出し加工による熱間変形、溶体化および焼入れを含む方法によって得られる。最も一般的に使用される合金は、２ＸＸＸ系合金、７ＸＸＸ系合金、そしてリチウムを含む８ＸＸＸ系合金の一部である。
【０００３】
これらの製品は、特に、一般に矛盾する特性である、具体的には静的機械的耐性という特性（引張り弾性および圧縮弾性限界、破壊耐性）と損傷許容性という特性（靱性、疲労時亀裂の伝播耐性）との間の妥協点に関するいくつかの慣習的な特性を呈していなければならない。
【０００４】
損傷許容性という特性は、厚みのある製品の中に、特に非金属含有物およびミクロ多孔性が存在することにより影響され得る、ということが公知である。
【０００５】
ミクロ細孔は、スラブ鋳造の際に出現し、その後圧延方法によって部分的にまたは完全に閉塞される。したがって、損傷許容性にとって特に好ましくないとわかっている約９０μｍ超のサイズのミクロ細孔の除去が求められる。
【０００６】
米国特許第５，７７２，８００号明細書は、８０μｍ超のサイズのミクロ細孔の密度が１ｃｍ2あたりミクロ細孔数０．０２５個未満であることと、板材のミクロ多孔性の体積が０．００５％未満であることを特徴とする、５０ｍｍ超の厚みの厚板材を得られる方法について記述しており、該方法において、熱間圧延条件および縮小比は熱間圧延シリンダの半径に応じて適応される。
【０００７】
この方法は、特殊な熱間圧延工具を必要とし、いくつかの場合においては、利用可能な工具および求められる厚みに応じて、有効な多孔性閉塞を可能にする変形条件を達成することができない。
【０００８】
したがって、鋳造時から、低密度の大きな寸法のミクロ細孔およびミクロ多孔性の小さい体積を呈する半製品を得ることが望ましい。
【０００９】
液体金属の脱ガスが、特に水素含有量を減少させることによりミクロ細孔の量の削減を可能にすることは、一般的に認められている。液体金属中の水素含有量は、例えば、当業者にとって公知のＴｅｌｅｇａｓTMタイプまたはＡｌｓｃａｎTMタイプのプローブを用いて測定される。
【００１０】
水素含有量を減少させるための公知の方法は、例えば塩素および／またはアルゴンの導入による、回転子を用いた脱ガス用取鍋内での処理である。液体金属の脱ガスを実施するための超音波放射の使用も同様に公知である。
【００１１】
スイス特許出願第６６９７９５号明細書は、例えば、脱ガスを得るための、炉から鋳造場までの移送流路への超音波ヘッドの導入について記述している。
【００１２】
米国特許出願公開第２００７／２３５１５９号明細書は、アルゴンまたは窒素のようなパージガスの存在下での液体金属の脱ガスのために超音波振動が使用される装置および方法について記述している。
【００１３】
国際公開第００／６５１０９号は、液体金属へのガスの気泡の注入装置について記述しており、該装置において、超音波を用いて気泡の直径を減少させることができる。
【００１４】
米国特許第４，５６４，０５９号明細書は、超音波処理が、固化装置内、任意には多孔質材料により凝固前面から分離されたゾーン内で実施される、軽合金用の連続鋳造方法について記述している。この方法は、均一な亜樹枝状構造の形成、水素含有量の減少、および多孔性の低下へと同時に導く。固化装置内における超音波ヘッドの位置づけは、実用的ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
水素含有量の削減は、達成が困難でかつ周囲湿度のような外部条件により左右される、ということが判明している。したがって、一定の水素含有量において、寸法の大きいミクロ細孔の存在を制限できることが有利であろう。
【００１６】
さらに、冶金学的理由のためにたいていの場合必要な、特に均質化を含む凝固金属の後の熱処理の結果は、ミクロ細孔の寸法の増大をもたらす。
【００１７】
最後に、多くの場合実施が困難である既存の方法に代わる単純化された方法が有利であろう。
【００１８】
特に均質化された状態で、低密度の寸法約９０μｍ超のミクロ細孔を呈する、特に２ＸＸＸ合金製または７ＸＸＸ合金製の圧延スラブまたは押出しビレットのような非鍛造アルミニウム合金製半製品を得ることを可能にする改善された方法に対するニーズ、および、この方法の実施を可能にする装置に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第一の目的は、圧延スラブまたは押出しビレットのような非鍛造アルミニウム合金製半製品の製造方法において、
（ｉ）重量％で、
Ｚｎ：０〜１２
Ｃｕ：０〜６
Ｍｇ：０〜６
Ｌｉ：０〜３
Ａｇ：０〜１
Ｓｉ＜０．５
Ｆｅ＜０．５
任意には含有量が０．５未満のＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｖ、Ｂのうちの少なくとも一つ、
残分はアルミニウム、
という組成の合金の液体金属浴を調製するステップと；
（ｉｉ）少なくとも一つの超音波エミッタを有する液浸装置を用いて炉内および／または槽内で前記液体金属浴を超音波処理するステップと；
（ｉｉｉ）このように処理された前記液体金属浴を固化装置へと移送するステップと；
（ｉｖ）前記処理された液体金属浴を直接冷却により垂直半連続鋳造するステップと；
を含む方法である。
【００２０】
本発明の第二の目的は、金属の溶融および／またはその温度維持および／または液体金属の調製作業および組成調整作業に必要な少なくとも一つの炉と；液体金属中に溶解したおよび／またはその中で懸濁状態にある不純物の除去処理を実施するための少なくとも一つの槽と；少なくとも一つの鋳塊鋳型、上げ底、降下用装置、少なくとも一つの液体金属補給装置および冷却システムを含む直接冷却による垂直半連続鋳造による液体金属固化装置と；を含む、直接冷却による垂直半連続鋳造設備において、これらの異なる炉、槽および固化装置が、液体金属を中で輸送できる樋で互いに連結されており、前記設備が同様に、炉内および／または槽内に位置づけされている少なくとも一つの超音波エミッタを有する少なくとも一つの液浸装置も含んでいることを特徴とする、設備である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】さまざまな持続時間、すなわち図１ａ：０分、図１ｂ：２分、図１ｃ：６分、図１ｄ：１４分、図１ｅ：２９分、の超音波処理後に得られた均質化されていない凝固金属の化学腐食無しの顕微鏡写真。
【図２】さまざまな持続時間、すなわち図２ａ：０分、図２ｂ：２分、図２ｃ：６分、図２ｄ：１４分、図２ｅ：２９分、の超音波処理後に得られた均質化されていない凝固金属の化学腐食無しの顕微鏡写真。
【図３】Ｘ線断層撮影により得られた、均質化後のミクロ細孔の寸法のヒストグラム。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
合金の名称は、当業者にとって公知である、アルミニウム協会の規則に倣う。規格化されたアルミニウム合金の化学組成は、例えば規格ＥＮ５７３−３で定義されている。
【００２３】
相反する言及がなければ、欧州規格ＥＮ１２２５８−１の定義が適用される。
【００２４】
低密度の寸法約９０μｍ超のミクロ細孔を呈する非鍛造半製品の製造方法の改善という課題は、
（ｉ）重量％で、
Ｚｎ：０〜１２
Ｃｕ：０〜６
Ｍｇ：０〜６
Ｌｉ：０〜３
Ａｇ：０〜１
Ｓｉ＜０．５
Ｆｅ＜０．５
任意には含有量が０．５未満のＣｒ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｈｆ、Ｔｉ、Ｓｃ、Ｖ、Ｂのうちの少なくとも一つ、
残分はアルミニウム、
という組成の合金の液体金属浴を調製するステップと；
（ｉｉ）少なくとも一つの超音波エミッタを有する液浸装置を用いて炉内および／または槽内で前記液体金属浴を超音波処理するステップと；
（ｉｉｉ）このように処理された前記液体金属浴を固化装置へと移送するステップと；
（ｉｖ）前記処理された液体金属浴を直接冷却により垂直半連続鋳造するステップと；
を含む方法によって解決される。
【００２５】
本発明者は、意外なことに、鋳造の上流で実施される超音波処理によって、たとえ水素含有量および粒状構造が変更されない場合でも凝固金属の中のミクロ細孔の寸法を減少させることができる、ということを確認した。したがって、本発明者は、超音波処理に関連する脱ガス効果は認めなかったが、ミクロ細孔の寸法に対する効果を認めた。特定の一つの理論に束縛されるわけではないが、本発明者は、この効果が、超音波の存在下での液体金属による含有物のより良好なぬれを理由とする固化の際のミクロ細孔のより遅い核生成、および、超音波処理による前記含有物の断片化に関連する可能性がある、と考えている。
【００２６】
意外なことに、鋳造の数分前または数十分前に固化装置の極めて上流で実施され、鋳造粒状構造および水素含有量に対して全くまたはほとんど全く影響を及ぼし得ない超音波処理は、それでも鋳造製品のミクロ多孔性を低下させることができる。したがって、超音波処理が固化装置内で実施される、先行技術による超音波処理とは反対に、鋳造された結晶粒の樹枝状構造は、保たれる。
【００２７】
液体金属浴の調製、すなわち合金組成の調整は、適切な炉内で当業者にとって公知の方法によって実施され得る。当業者には公知であるように、記載されていない他の元素は、不純物としてまたは微量添加物として最大含有量０．０５重量％で存在し得る。
【００２８】
本発明は、Ｍｇ含有量が少なくとも０．１重量％であり、および／またはＬｉ含有量が少なくとも０．１重量％である合金にとって、特に有利である。実際、このタイプの合金については、従来の脱ガス方法により低い水素含有量を得ることは極めて困難であり、さらに、酸化性が高いために、含有物の含有量は一般的に高い。ところが意外なことに、本発明は、高い水素含有量が存在する場合でも、低密度の寸法約９０μｍ超のミクロ細孔を得ることを可能にする。したがって、好ましくは、本発明に係る方法は、先行技術に係る方法に比べて、脱ガス作業が存在しないという点で単純化が可能であり、固化の際の液体金属浴の水素含有量は、少なくとも０．１５ｍｌ／１００ｇ、好ましくは少なくとも０．２５ｍｌ／１００ｇ、そして好ましくは少なくとも０．３０ｍｌ／１００ｇである。
【００２９】
さらに、特にこのタイプの合金の鋳造については、鋳造装置への超音波プローブの導入は、特に不活性雰囲気を維持しなければならない場合、困難であること、さらには不可能であることが判明し得る。本発明に係る方法は、直接冷却による垂直半連続鋳造用に使用される固化装置を変更することなく、超音波処理の実施を可能にする。
【００３０】
本発明に係る方法は、ＡＡ２０１４、ＡＡ２０１７、ＡＡ２０２４、ＡＡ２０２４Ａ、ＡＡ２０２７、ＡＡ２１３９、ＡＡ２０５０、ＡＡ２１９５、ＡＡ２１９６、ＡＡ２２９６、ＡＡ２０９８、ＡＡ２１９８、ＡＡ２０９９、ＡＡ２１９９、ＡＡ２２１４、ＡＡ２２１９、ＡＡ２５２４、ＡＡ５０１９、ＡＡ５０５２、ＡＡ５０８３、ＡＡ５０８６、ＡＡ５１５４、ＡＡ５１８２、ＡＡ５１８６、ＡＡ５３８３、ＡＡ５７５４、ＡＡ５９１１、ＡＡ７０１０、ＡＡ７０２０、ＡＡ７０４０、ＡＡ７１４０、ＡＡ７０５０、ＡＡ７０５５、ＡＡ７０５６、ＡＡ７０７５、ＡＡ７４４９、ＡＡ７４５０、ＡＡ７４７５、ＡＡ７０８１、ＡＡ７０８５、ＡＡ７９１０、ＡＡ７９７５の中から選択される合金にとって、特に有利である。
【００３１】
液体金属は、少なくとも一つの超音波エミッタを有する液浸装置を用いて、炉内および／または槽（または「取鍋」）内で超音波処理を受ける。例えばＡＳＭ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  「Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ａｎｄ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ａｌｌｏｙｓ，（ｃ）１９９３  ５３０ページ」から、槽（または「取鍋」）は非多孔質の容器であり、その中で金属はその寸法に応じて制御された時間の間滞留でき、槽は炉と固化装置の間に位置し、「濾過用取鍋」内での濾材をとおした液体金属の濾過または「脱ガス用取鍋」内で不活性または反応性であり得るいわゆる「処理用」ガスの浴への導入のような処理を実施できるようにしている、ということが分かる。少なくとも一つの超音波エミッタを有する装置を用いた処理は、その中での滞留時間が過度に短い移送用樋内ではなく、固化装置の上流にあり、充分な処理時間が可能である鋳造設備の一部分において実施されることが必要である。好ましくは、アルゴン、塩素、または窒素のようなガスによる処理は、超音波処理と同時には実施されない。同様に、音響流（「ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｔｒｅａｍｉｎｇ」）を生成する超音波処理の条件は、好ましくは回避される。すなわち、ガス処理および／または音響流は、表面に形成される酸化物を液体金属へと運ぶ金属の動きを生成するが、これは液体金属の品質およびミクロ細孔の寸法にとって有害である。
【００３２】
超音波エミッタは、好ましくは１８〜２２ｋＨｚの周波数で使用される。
【００３３】
ミクロ多孔性に対する求められる効果を達成するのに必要な処理時間は、特に、使用される超音波エミッタの出力および処理対象金属の量によって左右される。好ましくは、単位質量の超音波処理は、エネルギーＰ×ｔが少なくとも質量単位あたりの最小エネルギーＥminに等しくなるような、持続時間ｔの間の合計超音波出力Ｐで実施される。したがって、質量単位あたりの最低処理時間は、ｔmin＝Ｅmin／Ｐに等しい。本発明者は、４ｋＪ／ｋｇ、好ましくは少なくとも１０ｋＪ／ｋｇ、そしてさらに好ましくは少なくとも２５ｋＪ／ｋｇの、最小エネルギーＥminが、液体金属の撹拌が無い場合に１６ｋｇの量を処理する際に充分であると証明できることを確認した。本発明者は、４ｋＪ／ｋｇ、好ましくは１０ｋＪ／ｋｇ、そしてさらに好ましくは２５ｋＪ／ｋｇという、これらの最小エネルギーＥminは、大部分の場合においてより大きな量にまで一般化され得るが、それでも一部の実施形態においては、例えば音響信号の形状を変更し、および／または液体金属の撹拌を改善することにより、１ｋＪ／ｋｇ、または好ましくは２もしくは３ｋＪ／ｋｇの、最小エネルギーＥminを達成するために、さらに削減可能である、と考えている。
【００３４】
好ましくは、合計出力Ｐは、少なくとも４００Ｗに等しく、および／または持続時間ｔは少なくとも６０秒に等しい。
【００３５】
本発明の一実施形態において、超音波処理は、処理用槽（または「取鍋」）を介して、鋳造中、すなわち液体金属の固化装置内での連続流動中に実施される。有利には、槽は、単位質量の平均滞留時間が少なくともｔminに等しくなるように寸法決定される。
【００３６】
本発明の好ましい別の実施形態において、少なくとも一つの超音波エミッタを有する装置を用いた処理は、炉内で鋳造の前に実施される。有利には、液体金属は、超音波エミッタによって励起された体積内を循環するように、電磁手段により撹拌される。誘導炉により、有利な電磁撹拌を得ることが可能であり、誘導炉内で使用される電流の周波数は、所望の撹拌効果を得るために調整可能である。
【００３７】
これら二つの実施形態は、所望される場合、組合せることもできる。
【００３８】
超音波処理に際して、液体金属浴は、少なくとも６９０℃に等しい、好ましくは少なくとも７００℃に等しい温度であることが有利である。すなわち、超音波処理は、液体金属の粘度が低ければそれだけ効果を発揮する。超音波処理が炉内で実施される一実施形態において、液体金属浴は、有利には、超音波処理の際に、少なくとも７４０℃に等しい、好ましくは少なくとも７５０℃に等しい温度であり得る。
【００３９】
こうして処理された液体金属浴の固化装置への移送は、少なくとも一本の樋（または「シュート」）内で実施される、つまり、異なる炉、槽、および固化装置は、液体金属を中で輸送できる樋によって互いに連結されている。
【００４０】
液体金属浴の超音波処理の終了と、固化装置内への同じ液体金属浴の導入との間に経過する時間は、特に超音波処理が槽内で実施される場合は、少なくとも数分、典型的には少なくとも三分であり、また、特に超音波処理が炉内で実施される場合は、少なくとも数十分、典型的には少なくとも一時間でさえある。
【００４１】
本発明に係る方法は、液体金属中の所与の水素含有量について、大きな寸法のミクロ細孔の密度を減少させることができ、このことは、水素含有量の削減が困難である、少なくとも０．１％のＭｇおよび／または０．１％のＬｉを含む合金のような一部の合金にとって、特に有利である。
【００４２】
本発明の枠内では、ミクロ細孔を含む最も小さい楕円体の最大寸法を、ミクロ細孔の寸法と呼ぶ。
【００４３】
本発明に係る方法は、濾過および／または脱ガスのような、液体金属の補足的なおよび／または従来の処理ステップを任意の数だけ有することができ、この処理は「濾過用取鍋」内で濾材をとおして液体金属を濾過すること、または「脱ガス用取鍋」内で不活性または反応性であり得るいわゆる「処理用」ガスを浴に導入することからなり得る。
【００４４】
本発明に係る方法は、金属の溶融および／またはその温度維持および／または液体金属の調製作業および組成調整作業に必要な少なくとも一つの炉と；液体金属中に溶解したおよび／またはその中で懸濁状態にある不純物の除去処理を実施するための少なくとも一つの槽（または「取鍋」）と；少なくとも一つの鋳塊鋳型、上げ底、降下用装置、少なくとも一つの液体金属補給装置および冷却システムを含む直接冷却による垂直半連続鋳造による液体金属固化装置と；を含む、直接冷却による垂直半連続鋳造設備において、これらの異なる炉、槽および固化装置が、液体金属を中で輸送できる樋で互いに連結されており、その設備が同様に、炉内および／または槽内に位置づけされている少なくとも一つの超音波エミッタを有する少なくとも一つの液浸装置も含んでいることを特徴とする、設備内で実施される。
【００４５】
有利には、本発明に係る鋳造設備において、超音波エミッタを含む装置は、誘導炉内に位置づけされている。
【００４６】
本発明に係る方法によって得られる非鍛造半製品が、その厚みの中間において呈する寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度は、有利には、同一であるが超音波処理ステップ（ｉｉ）を有さない方法により得られる寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度の５０％未満、好ましくは２０％未満である。
【００４７】
本発明に係る方法によって得られる半製品は、その水素含有量が高い場合でも、大きい寸法のミクロ細孔の密度が極めて低いことから、特に有利である。
【００４８】
その上、本発明に係る方法によって得られる半製品は、典型的にはミクロ細孔の寸法の増大が認められる均質化された状態でも同様に大きい寸法のミクロ細孔の密度が極めて低いことから、均質化された状態において特に有利である。均質化処理は、高温、典型的には４５０℃超の温度で熱間変形の前に実施される鋳造由来の非鍛造半製品の熱処理であり、温度は、考慮対象の合金に左右される。均質化の際に、ミクロ細孔は合体する傾向を有し、したがってミクロ細孔の最大体積は増大する傾向にあり、たとえ均質化が球状化すなわち表面／体積比の削減をも促進するとしても、同様に、ミクロ細孔の寸法も増大する傾向にある。
【００４９】
均質化は、製品の冶金学的特性の改善を可能にし、したがって、大直径を有するミクロ細孔の密度が低い、均質化された製品を得ることが特に有利である。
【００５０】
したがって、意外なことに、本発明に係る方法によって得られ、任意には均質化された状態にあり、かつ０．１５ｍｌ／１００ｇ超、ひいては少なくとも０．２５ｍｌ／１００ｇ、そしてまた少なくとも０．３０ｍｌ／１００ｇでさえある水素含有量を有する半製品の、寸法９０μｍ超のミクロ細孔の密度は、１０／ｍｍ3未満、また５／ｍｍ3未満でさえある。
【００５１】
リチウム含有量が少なくとも０．１重量％そして好ましくは少なくとも０．８重量％である、本発明に係る方法によって得られる半製品が特に有利である。
【００５２】
固体内の水素含有量の測定は難しいため、本発明の枠内では、固体製品中の水素含有量の充分な近似値は、ＴｅｌｅｇａｓTMまたはＡｌｓｃａｎTMのような公知の方法により鋳造直前の液体金属中の水素含有量を測定することによって得られる、と考える。
【００５３】
本発明に係る方法によって得られる半製品は、製品の損傷許容性、特に疲労耐性が重要である用途にとって特に有用である。したがって、本発明に係る方法によって得られる半製品は、特に翼桁、リブ、翼下面および翼上面を製作するための航空機産業向けの板材の圧延による製造に、および補剛材を製作するための航空機産業向けの形材の押出し加工による製造に、使用される。好ましくは、本発明に係る方法によって得られる半製品は、半製品の厚みと鍛造後の製品の厚みの比が４未満または好ましくは３．５もしくは３である鍛造製品のような、低鍛造および／または圧縮の不充分な鍛造で得られる製品の製造に使用される。したがって、本発明に係る方法により得られる半製品は、厚みが少なくとも１００ｍｍ、または好ましくは少なくとも１２５ｍｍである厚みのある製品の製造に、有利である。
【実施例】
【００５４】
この実施例においては、１６ｋｇのアルミニウム合金ＡＡ５１８２をるつぼの中で溶融した。試験中、液体金属を７００＋／−５℃の温度に維持した。プローブの動作を妨害しないようにつねに超音波処理の時以外での使用でＡｌｓｃａｎTM機器を用いて、水素含有量を測定した。液体金属の表面を、流量５ｌ／ｍｉｎのアルゴンによって常時払った。脱ガスも撹拌も、一切行なわなかった。
【００５５】
周波数１８ｋＨｚで出力５００Ｗの超音波エミッタを用いて、超音波処理を実施した。各処理の数分後にサンプルを採取した。２分間の第一回処理が実施され、４分間の第二回処理が実施され、これは２＋４＝６分間の処理時間に相当する、など、処理時間を累積的に考慮した。
【００５６】
圧延スラブまたは押出しビレットのミクロ多孔性を表す、一定速度で凝固したスラグの形態で採取されたサンプルのミクロ多孔性を、光学顕微鏡検査によって特徴づけした。顕微鏡写真は、図１ａ〜１ｅおよび図２ａ〜２ｅに提示されている。
【００５７】
５０５℃の温度で１２時間均質化した後、これらサンプルのミクロ細孔の寸法をＸ線断層撮影によって測定したことで、ミクロ多孔性の体積分率、および、９０μｍ超、２１０μｍ超、または４２０μｍ超の寸法を有する細孔の密度を計算することが可能となる。均質化は、ミクロ細孔の寸法を増大させる効果がある。
【００５８】
結果は、表１に提示されている。ミクロ細孔の、その寸法に応じた数のヒストグラムは、図３に提示されている。
【００５９】
【表１】
2014506837.tif 000003
【００６０】
認められた構造は図１および２に提示されており、未加工鋳造状態において、５００Ｗで６分間の処理の場合には非常に明確な効果が認められているのに対し、５００Ｗで２分間の処理の場合にはいかなる効果も検出されていない、ということを示している。均質化された状態では、５００Ｗで１４分間の処理の場合に非常に明確な効果が認められており、この場合、寸法９０μｍ超のミクロ細孔の、７５％を超える減少が確認されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６１】
【特許文献１】米国特許第５，７７２，８００号明細書
【特許文献２】スイス特許出願第６６９７９５号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００７／２３５１５９号明細書
【特許文献４】国際公開第００／６５１０９号
【特許文献５】米国特許第４，５６４，０５９号明細書
【図１】
2014506837.tif 000004
【図２】
2014506837.tif 000005
【図３】
2014506837.tif 000006
【国際調査報告】
2014506837.tif 000007
2014506837.tif 000008
2014506837.tif 000009
2014506837.tif 000010
2014506837.tif 000011
2014506837.tif 000012