專利名稱：制造具有觸變特性合金鑄件的壓鑄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用預(yù)先規(guī)定的一批熔體配量，通過一個帶有鑄造活塞的鑄造腔室和壓鑄模制造具有觸變特性合金鑄件的方法。按這種方法，在熔體中生成的初生晶體發(fā)生?；?，而預(yù)先規(guī)定的一批熔體被冷卻，在電磁場中混合，并在半凝固狀態(tài)加壓。
鑄件的特性可以看成是相對迅速完成熔體中結(jié)晶過程的結(jié)果，結(jié)晶過程的發(fā)生對每種合金是各不相同的，但都是在已知的“液相-固相”溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。而在這一溫度范圍內(nèi)，不僅構(gòu)成了晶體的“晶骸”，而且也是此方法的一個步驟—與過熱-液相溫度的溫度范圍一道—在構(gòu)成鑄件結(jié)晶組織的過程中，熔融金屬中存在的疵點(diǎn)也被壓入到鑄件的結(jié)晶組織中，這些疵點(diǎn)在凝固之后將成為鑄造缺陷顯露出來。主要問題是氣孔性、顯微縮孔、偏析及其物理-化學(xué)的和結(jié)構(gòu)的不均勻性。因此，根據(jù)行之有效的結(jié)晶理論，與選擇和保持結(jié)晶條件結(jié)合，僅在過熱-液相溫度的溫度范圍內(nèi)才可能影響鑄造質(zhì)量。
從在指定的溫度范圍內(nèi)完成結(jié)晶過程不受損壞的觀點(diǎn)看來，對質(zhì)量上得到改善的鑄件的觀察研究清楚地表明，隨意改變、損傷和過程的短時間停止都會導(dǎo)致最終結(jié)果的惡化。由此得出的先驗(yàn)結(jié)論是，只有對密閉的結(jié)晶量才能保持選擇的結(jié)晶條件。對于具有觸變特性的合金鑄件而言，這一估計(jì)具有根本的意義。雖然在“液相-固相”溫度范圍內(nèi)完成了具有流變特性物質(zhì)的鑄件成型，但這種物質(zhì)仍能明顯地顯現(xiàn)出來，并在組織形態(tài)上保持其反映材料實(shí)際潛能的全部加工特點(diǎn)。
本文開頭所述那種類型的方法已在EP 0,733,421 A1中發(fā)布。這種方法導(dǎo)致在預(yù)先規(guī)定的一批熔體中生成的初生晶體發(fā)生粒化，對該批熔體進(jìn)行加工，利用冷卻和攪拌使具有觸變特性的澆鑄組織成型，將半凝固狀態(tài)的熔體填入壓鑄模。
人們還知道，所謂的半凝固狀態(tài)就是用鑄勺注入鑄造腔室后，熔體在鑄造腔室內(nèi)進(jìn)行加工的結(jié)果。出現(xiàn)在鑄造腔室內(nèi)所有的懸浮液應(yīng)當(dāng)分層地和在壓力作用下流入壓鑄模。
對此曾斷言進(jìn)入熔體的氣體量是很小的。
但是，建議采用的解決辦法與普遍公認(rèn)的理論和實(shí)際做法相矛盾。
如果用鑄勺將熔體裝入鑄造腔室，則下落的流動鋼水不是產(chǎn)生層流，而是產(chǎn)生渦流，渦流先是發(fā)生外部冷卻，繼而生成混合物。一方面，為了用鑄勺把熔體裝入鑄造腔室，必須使鑄造腔室退出壓鑄模，而另一方面，同一批熔體又不可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工藝處理階段，這就是該方法的最大缺點(diǎn)。
首先，上述鑄造腔室的裝入方式會導(dǎo)致氣體進(jìn)入熔體，在鑄件中造成多氣孔的結(jié)果。
其次，由于鑄造腔室僅能有條件地根據(jù)處理方式進(jìn)行布置，懸浮液不能達(dá)到要求的均勻狀態(tài)。
第三，固相的出現(xiàn)及其在熔體中的均勻分布不能處在控制下。這一點(diǎn)對于鑄造過程具有特殊意義，并且，其固相的出現(xiàn)和在熔體中的均勻分布完全取決于散熱強(qiáng)度，而這種散熱強(qiáng)度只通過室壁進(jìn)行。經(jīng)過一次這樣的熱交換之后，僅只在室壁上很薄的范圍內(nèi)，而不是整批的熔體內(nèi)產(chǎn)生初生晶體。
在第一階段作為這種處理方法的結(jié)果而出現(xiàn)的不均勻性，在另一階段繼續(xù)加重，而且借助層流的作用可能只會更嚴(yán)重。以上所述繼許多不同的鑄造缺陷之后會造成大量澆鑄廢品，這在經(jīng)濟(jì)上是不能承受的。
本發(fā)明的任務(wù)是以這樣的方式進(jìn)一步發(fā)展這一已知的鑄造方法，即對預(yù)先規(guī)定的一批熔體進(jìn)行處理，直到半凝固狀態(tài)，以便將它作為金屬懸浮液以均勻的固相分布裝入鑄造腔室，并能從鑄造腔室壓入壓鑄模的模腔。根據(jù)本發(fā)明，這一任務(wù)按照本文開頭所述那種類型的方法是這樣解決的，即對預(yù)先給定的一批熔體進(jìn)行配量，將鑄造腔室與壓鑄模對接，并通過裝入處理腔室進(jìn)行熔體的定量配料，處理腔室利用熔體通道和鑄造過道與熔體容器和鑄造腔室相應(yīng)地連通，并裝一個配料量活塞。在處理腔室內(nèi)有利地對一批封閉的熔體進(jìn)行處理。
如此可得到以下優(yōu)點(diǎn)在進(jìn)行熔體配量以及裝入腔室的過程中，鑄造腔室不脫離壓鑄模，因此不會從大氣中注入氣體；處理腔室有條件可以按照要求的方式對一批封閉的熔體進(jìn)行處理，并能在壓入之前為預(yù)先給定的熔體量得到均勻的處理和結(jié)晶條件；提供密閉的處理腔有可能根據(jù)要求實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的裝入速度；金屬懸浮液，包括預(yù)先規(guī)定的固相總量及其在金屬基體內(nèi)的均勻分布，以及粒化的初生晶體，可在密閉的腔內(nèi)完成成型。
本發(fā)明方法的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，金屬懸浮液的處理成型在熔體管道內(nèi)就已開始。為此，在這一區(qū)段內(nèi)加入冷卻粉劑。通過加熱和熔化粉劑可降低一批熔體的溫度，并能達(dá)到進(jìn)一步處理所需要的溫度。
通過使用旋轉(zhuǎn)磁場，使預(yù)先規(guī)定的一批熔體可在熔體管道內(nèi)與冷卻粉劑混合，并將生成的金屬懸浮液傳送到處理腔室和鑄造腔室。旋轉(zhuǎn)的金屬懸浮液被裝入壓鑄模。這樣的工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，在開始階段就形成的金屬懸浮液可以通過在磁場中旋轉(zhuǎn)確定其總的以及物理化學(xué)與結(jié)構(gòu)上的均勻性，并能確保其觸變特性直到處理結(jié)束。為了通過較好地成型澆鑄得到盡可能接近最終造型的鑄件，將旋轉(zhuǎn)的懸浮液加入壓鑄模具有根本的重要意義。
本發(fā)明方法的整個壓鑄過程包括四個前后連續(xù)的工藝階段熔體借助冷卻粉劑冷卻，并在旋轉(zhuǎn)磁場中與粉劑混合；將冷卻的熔體裝入處理腔室，產(chǎn)生的初生晶體進(jìn)行?；?，具有觸變特性和旋轉(zhuǎn)的均勻的金屬懸浮液成型；金屬懸浮液從處理腔室被輸送到鑄造腔室中；給旋轉(zhuǎn)的金屬懸浮液加壓。
借助一特別的設(shè)計(jì)，已形成的均勻金屬懸浮液可利用配料活塞從處理腔室進(jìn)入鑄造腔室。這一工藝過程是通過在處理腔室和鑄造腔室內(nèi)的配量活塞和鑄造活塞的適當(dāng)定位完成的。
這一處理步驟及其技術(shù)上的轉(zhuǎn)化屬于本發(fā)明方法的最重要的特點(diǎn)。
利用變換配量活塞在處理腔室中的位置，可以改變預(yù)先規(guī)定的一批熔體的量。
下面，根據(jù)附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理。諸附圖分別為

圖1為經(jīng)過澆鑄和配量系統(tǒng)以及處理腔室的橫截面圖；圖2表示出澆鑄和配量活塞的位置，在該位置對一批封閉的熔體在處理腔室內(nèi)處理成均勻的金屬懸浮液；圖3表示出澆鑄和配量活塞的位置，在該位置對金屬懸浮液加壓；圖4是本發(fā)明方法的示意圖，根據(jù)該方法熔體可利用真空裝入處理腔室。
圖1示意的壓鑄機(jī)設(shè)有一熔體容器1，該熔體容器借助于一熔體導(dǎo)管2和一鑄造過道3與處理腔室4連通。處理腔室4適當(dāng)安裝在鑄造腔室5中，以便在處理腔室4與鑄造腔室5之間形成一鑄造過道6。圖示的每一個腔室都相應(yīng)地設(shè)有配量活塞7和鑄造活塞8。熔體導(dǎo)管2還配有一粉劑配量裝置9和一電磁攪拌裝置10，電磁攪拌裝置環(huán)繞處理和鑄造腔室布置。
參見圖1中的圖示。
熔體11借助于一直立的頂桿12從熔體容器1進(jìn)入熔體導(dǎo)管2，并在熔體導(dǎo)管2中用冷卻粉劑冷卻。如圖所示，粉劑來自粉劑配量裝置9。由于投入的粉劑的冷卻效應(yīng)，熔體的溫度達(dá)到液相溫度范圍。這意味著，這樣冷卻的熔體經(jīng)過短時間后已經(jīng)“產(chǎn)生”初生晶體，初生晶體因旋轉(zhuǎn)作用使在整個熔體內(nèi)均勻分布，并具有球體晶粒形狀。為了使這些物質(zhì)混合，在一段熔體導(dǎo)管上安排一旋轉(zhuǎn)磁場10。在旋轉(zhuǎn)中被處理的熔體流入處理腔室4，該處理腔室4有一個處于起始位置P1-1的配量活塞7。位于處理和鑄造腔室之間的鑄造過道6同時用一鑄造活塞8阻斷。當(dāng)處理腔室4裝入預(yù)先規(guī)定的一批熔體后，通過為處理腔室4而設(shè)的配量活塞7移動到位置P1-2，從而關(guān)閉通往熔體導(dǎo)管2的鑄造過道3。在關(guān)閉的腔室內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行處理，即已經(jīng)冷卻的熔體隨著磁場10繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到成為均勻的金屬懸浮液13的最終狀態(tài)為止。這一狀態(tài)的區(qū)別標(biāo)志是，外源和內(nèi)生晶粒形狀在觸變金屬基體內(nèi)的均勻分布以及大幅度溫度波動的消失。這樣，在處理腔室4中，且在短期內(nèi)就出現(xiàn)觸變懸浮液，已經(jīng)形成初凝晶體，鑄造組織也已細(xì)化。在這種狀態(tài)下，懸浮液利用處理腔室4的配量活塞7被推向鑄造腔室5，同時，鑄造活塞8位移到另一位置P2-2，以便鑄造過道6脫開。在采用垂直布置的壓鑄模14完成壓鑄過程的情況下，隨著鑄造活塞的向下位移在鑄造腔室5內(nèi)形成一適當(dāng)?shù)目涨唬匀菁{均勻的觸變金屬懸浮液。然后，利用配量活塞7阻斷(位置P1-3)鑄造過道6，以便通過鑄造活塞在鑄造腔室5內(nèi)的運(yùn)動對金屬懸浮液實(shí)行加壓。磁場對金屬懸浮液的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)一直持續(xù)到壓鑄過程結(jié)束，并通過觸變金屬懸浮液向前的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動而將壓鑄模填滿。
在本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)形式中，可以改變處理腔室的布置，以便用水平布置的壓鑄模產(chǎn)生鑄件，并利用真空將熔體裝入處理腔室。
用本發(fā)明的方法所做的首批試驗(yàn)清楚地顯示，用一個附加的和采用此種布置的處理腔室4明顯地提高了整個加壓過程的功效，并沒有出現(xiàn)諸如氣泡廢品、縮孔、結(jié)構(gòu)不均勻等典型的鑄造缺陷，而且，這一點(diǎn)是僅靠金屬懸浮液觸變特性的各向同性現(xiàn)象而得到保證的。
權(quán)利要求
1.一種利用預(yù)先規(guī)定的一批熔體配量、一帶有鑄造活塞(8)的鑄造腔室(5)和一壓鑄模(14)制造具有觸變特性合金鑄件的壓鑄方法，按這種方法，在熔體中生成的初生晶體發(fā)生?；?，而預(yù)先規(guī)定的一批熔體被冷卻，在電磁場(10)中混合，并在半凝固狀態(tài)加壓，其特征在于，在對預(yù)先規(guī)定的一批熔體進(jìn)行配量時，鑄造腔室(5)對接在壓鑄模(14)上，熔體的配量通過填滿處理腔室(4)進(jìn)行，處理腔室(4)借助于一熔體導(dǎo)管(2)和一鑄造過道(3)與熔體容器(1)連通，而與鑄造腔室(5)則相應(yīng)地通過鑄造過道(6)連通，處理腔室(4)同時設(shè)有一配量活塞(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的壓鑄方法，其特征在于，在處理腔室(4)內(nèi)對一封閉的熔體進(jìn)行處理，直到達(dá)到均勻的金屬懸浮液(13)帶有?；某跎w和固相的均勻分布為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的壓鑄方法，其特征在于，給定的熔體借助于冷卻粉劑進(jìn)行冷卻，其中，通過一粉劑配量裝置(9)向熔體導(dǎo)管(2)中投入相應(yīng)的粉劑量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一的壓鑄方法，其特征在于，利用配量沖模(7)將具有觸變特性的、均勻的金屬懸浮液(13)從處理腔室(4)經(jīng)過鑄造過道(6)輸送到鑄造腔室(5)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一的壓鑄方法，其特征在于，通過使用一旋轉(zhuǎn)磁場(10)，預(yù)先規(guī)定的一批熔體與冷卻粉劑在熔體導(dǎo)管(2)內(nèi)混合，由此而產(chǎn)生的金屬懸浮液(13)被送入處理腔室(4)和鑄造腔室(5)，并通過均勻的觸變金屬懸浮液(13)以向前做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的方式裝入壓鑄模(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一的壓鑄方法，其特征在于，整個壓鑄過程由四個前后連續(xù)的工藝階段構(gòu)成，包括以下主要工藝操作熔體借助冷卻粉劑冷卻，并在旋轉(zhuǎn)磁場(10)中與粉劑混合；將冷卻的熔體注滿處理腔室(4)，形成的初生晶體?；?，使其旋轉(zhuǎn)并形成具有觸變特性的均勻金屬懸浮液(13)；金屬懸浮液(13)從處理腔室(4)被輸送到鑄造腔室(5)中；給旋轉(zhuǎn)的金屬懸浮液(13)加壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一的壓鑄方法，其特征在于，通過配量活塞(7)和鑄造活塞(8)在處理腔室(4)和鑄造腔室(5)內(nèi)的適當(dāng)定位實(shí)現(xiàn)上述工藝階段。
8.一種利用一熔體容器(1)中預(yù)先規(guī)定的一批熔體配量、一帶有鑄造活塞(8)的鑄造腔室(5)和一壓鑄模(14)制造具有觸變特性合金鑄件的方法，按這種方法，在熔體中生成的初生晶體發(fā)生?；?，而預(yù)先規(guī)定的一批熔體被冷卻，在電磁場(10)中混合，并在半凝固狀態(tài)加壓，其特征在于，在對預(yù)先規(guī)定的一批熔體進(jìn)行配量時，鑄造腔室(5)對接在壓鑄模(14)上，熔體的定量是按照填滿處理腔室(4)而確定的，處理腔室(4)設(shè)有一配量活塞(7)，一方面借助于一熔體導(dǎo)管(2)和一鑄造過道(3)與熔體容器(1)連通，另一方面通過鑄造過道(6)與鑄造腔室(5)連通，直到形成具有粒化初生晶體的金屬懸浮液為止，其處理室(4)一直是關(guān)閉的，此時鑄造活塞(8)移到鑄造過道(6)之前面，而配量活塞(7)移至鑄造過道(3)的前面。
9.一種利用一熔體容器(1)中預(yù)先規(guī)定的一批熔體配量、一帶有鑄造活塞(8)的鑄造腔室(5)和一壓鑄模(14)制造具有觸變特性合金鑄件的方法，按這種方法，在一批熔體冷卻過程中在邊界范圍內(nèi)生成的初生晶體發(fā)生?；⒃陔姶艌?10)中混合，其特征在于，預(yù)先規(guī)定的一批熔體利用冷卻鋁粉—從一批熔體的中部開始—進(jìn)行冷卻，而且這一過程在封閉的處理腔室(4)內(nèi)連續(xù)進(jìn)行，直到達(dá)到均勻的金屬懸浮液的最終狀態(tài)為止，同時，外源和內(nèi)生晶粒形狀在觸變金屬基體內(nèi)達(dá)到均勻分布；金屬懸浮液處于連續(xù)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)開始于與鋁粉的混合，在處理腔室中均勻分布，從處理腔室推移到鑄造腔室，一直保持到將金屬懸浮液壓入鑄模為止，目的是保證在鑄件中達(dá)到金屬懸浮液觸變特性的各向同性。
全文摘要
一種制造具有觸變特性合金鑄件的方法,按這種方法,對被封閉起來的一批熔體在一處理腔室(4)內(nèi)進(jìn)行處理,直到均勻的金屬懸浮液(13)達(dá)到具有?；某跎w的狀態(tài)。該處理腔室(4)借助于一熔體導(dǎo)管(2)和一鑄造過道(3)與熔體容器(1)連通,并通過鑄造過道(6)與鑄造腔室(5)相應(yīng)地連通。該處理腔室(4)同時設(shè)有一配量活塞(7)。為了在配量過程中不將較多的空氣量帶入鑄造腔室(5),壓鑄模(14)在熔體配量過程中不脫離鑄造腔室(5),金屬懸浮液只通過配量沖模(7)相應(yīng)的運(yùn)動被輸送到鑄造腔室(5)。
文檔編號B22D17/00GK1256982SQ99125828
公開日2000年6月21日 申請日期1999年11月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月25日
發(fā)明者歐根·斯特林, 格哈德·佩爾?？?申請人:里特鋁吉伯里有限公司