專利名稱：金屬制品失泡沫壓力鑄造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬制品，特別是鋁及鋁合金制品的失泡沫壓力鑄造方法。
熟悉鑄造技術(shù)的人員，例如從美國專利3，157，924號可知象聚苯乙烯類有機(jī)泡沫材料模型可用于金屬鑄造，這類模型是埋入無粘結(jié)劑的干砂制造的鑄型內(nèi)。工業(yè)上，常用耐火材料膜涂敷這些模型以改善鑄件的質(zhì)量。在這種方法中，事先熔化好的待澆鑄金屬經(jīng)通過型砂的供給孔和溝槽引入而與模型相接觸，使模型經(jīng)燃燒主要轉(zhuǎn)換成蒸氣從砂粒之間逸散，而澆入的金屬則逐漸取代所述的模型。
與傳統(tǒng)的使用非永久鑄型的鑄造方法相比，這種方法避免了進(jìn)行壓實和燒結(jié)粉末狀耐火材料及用相當(dāng)復(fù)雜的方式將剛性的鑄型與型芯相連這一初始的制造過程，并且可以簡單地回收鑄件，易于進(jìn)行造型材料的再循環(huán)，因此，這種方法與傳統(tǒng)方法相比即簡單又經(jīng)濟(jì)，并給鑄造設(shè)計師設(shè)計鑄件形狀以較大的靈活性，這就是為什么從工業(yè)觀點來看這種方法越來越有吸引力的原因。然而也有一些缺點妨礙其應(yīng)用，其中兩點是由傳統(tǒng)的冶金機(jī)理產(chǎn)生的，即-凝固比較緩慢，助長了由溶解在液態(tài)鋁合金中的氫氣產(chǎn)生的析出針孔的形成;
-熱梯度比較薄弱，助長了顯微收縮。
就克服這些缺點而言，申請人已經(jīng)在法國專利申請公開2606688中提出了一項應(yīng)用該鑄型的方法，在鑄型澆鑄之后，金屬的凝固率超過重量的40%之前，對鑄型施以最大值在0.5至1.5MPa之間的一個均衡的氣壓。
因此，上述的發(fā)明方法包括傳統(tǒng)的失泡沫鑄造階段，即-使用有機(jī)泡沫材料制成的并涂敷耐火材料膜的鑄造制品的模型;
-將所述模型埋入由無粘結(jié)劑的干砂制作的鑄型內(nèi);
-將熔化狀態(tài)的金屬澆入鑄型，燃燒所述的模型，這種澆鑄(方法)是經(jīng)過通至鑄型外面且與模型相連的供給孔來實現(xiàn)的;
-排出所述模型在燃燒過程中放出的氣化物和液體殘余物;
-使液態(tài)金屬凝固以獲得鑄件。
申請人對該發(fā)明作了如下改進(jìn)當(dāng)鑄型完全注滿時，也就是說當(dāng)金屬全部取代了模型且大部分氣化物已經(jīng)排出時，給鑄型施加氣壓。這道工序可將鑄型放入與氣壓源相連的耐壓腔室中來完成。
這道工序可以在澆鑄之后金屬仍然完全處于液態(tài)的情況下立即進(jìn)行，也可以在鑄型內(nèi)的金屬凝固率不超過40%的情況下進(jìn)行，超過該數(shù)值，壓力只起很小的作用。加壓值最好在0.5至1.5MPa之間。低于0.5MPa可能不起作用，高于1.5MPa會使作業(yè)費用提高。
人們知道，消除或至少減少氣體和顯微收縮產(chǎn)生的針孔能顯著增加制品的密度，改善機(jī)械性能。但這會增加“金屬滲透”的缺點。事實上，當(dāng)沒有其它保護(hù)措施在失泡沫鑄造鑄型上建立壓力時，所述壓力一方面直接施加在金屬供給孔上，并從那里(實際上)同時傳遞到整個液態(tài)金屬上，另一方面，在型砂的表面，壓力由于載荷穿過型砂的損失而以逐漸衰減的強度傳遞。因此壓力失去平衡，在金屬相對型砂的內(nèi)表面區(qū)域上，即模型與型砂的分界面上形成過壓△P。這種不平衡是暫時的，并且剛好在施壓后出現(xiàn)，隨后即被緩沖。
如果過壓太大，會引起金屬在砂粒之間的滲透，并使制品表面變形，形成所謂的“金屬滲透”(機(jī)械粘砂)現(xiàn)象。為了克服這種缺點，必須盡可能減小過壓。申請人在主申請中以靠從0到所需的最大值之間逐漸提高壓力的辦法實現(xiàn)了這一點，隨后保持這一壓力，直至金屬完全凝固為止。實際上，開始加壓時，壓力越低，不平衡現(xiàn)象越輕微。因此，規(guī)定以足夠低的比率增加壓力來達(dá)到降低過壓的目的。但是，除金屬滲透現(xiàn)象和上文已述的由傳統(tǒng)冶金機(jī)理產(chǎn)生的缺點之外，申請人還指出了由失泡沫方法真正特有的機(jī)理產(chǎn)生的其它兩個缺點，即-泡沫氣化產(chǎn)生的氣孔;
-形成由液態(tài)鋁合金和合碳泡沫殘余物相互接觸產(chǎn)生的、與氧化物有關(guān)的碳夾雜物。
因此，補充研究得到了下面的結(jié)論如上文所述，熔模鑄造工業(yè)實踐包括用耐火材料膜復(fù)蓋模型，這種耐火材料通常由粘結(jié)劑燒結(jié)的陶瓷微粒制成。薄膜的作用如下在澆鑄液態(tài)金屬的一瞬間，通常由聚苯乙烯制成的泡沫被分離成氣態(tài)和液態(tài)形式，耐火材料層由其透氣性來調(diào)節(jié)排除氣態(tài)形式，并吸收液態(tài)形式。一般地說，透氣性應(yīng)適應(yīng)于制品是為了保證在熔化金屬和泡沫之間保持一個氣墊，吸收能力應(yīng)當(dāng)最大以消除液態(tài)殘余物。因此，當(dāng)鑄型完全注滿時，耐火材料層浸透了殘余物，過飽和部分則逸散至型砂中。因此，金屬是在600℃至800℃的溫度下在鑄型內(nèi)與有機(jī)材料的飽和層接觸的，這可引起液體的氣化。其所產(chǎn)生的壓力，使氣體滲入金屬而形成氣孔，同時增加了由于泡沫殘余物不完全燃燒產(chǎn)生的碳夾雜物。
為避免這一缺點，必須使液態(tài)金屬中形成的壓力足以超過薄膜后面型砂空間中的壓力，以便使氣態(tài)和液態(tài)殘余物向型砂排放，以防止其進(jìn)入金屬。但是，這與防止金屬滲透的解釋相反，這種解釋包括盡可能地降低增壓的速率，以使過壓減至最低限度。
申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，為避免金屬滲透和殘余物滲入金屬，最重要的是適合的過壓范圍，因此，本發(fā)明的改進(jìn)包括壓力具有一個增加的速率，該增壓率是型砂顆粒尺寸和模型埋入深度的函數(shù)，由于穿過型砂時載荷的損失，在熔融金屬和型砂交界面上會迅速暫時形成過壓，過壓達(dá)到兩個極限值之間的某一個值，然后象增壓情形一樣減壓，再保持所述的壓力恒定不變，直至完全凝固為止。
這個速率最好在每秒0.003至0.3MPa之間，產(chǎn)品越薄，數(shù)值越小，數(shù)值超過這個范圍，會使兩個缺點中的一個或另一個突出。
這個速率顯然應(yīng)當(dāng)考慮到載荷穿過鑄型的損失，也就是說應(yīng)考慮型砂的顆粒尺寸和模型埋入型砂的深度。這就是為什么按這些參數(shù)選擇速率并使過壓值保持在0.001至0.030MPa之間，最好在0.002和0.010MPa之間的原因。只在澆鑄制品后緊接著的一段臨界時間和薄膜充滿未完全氣化的殘余物時才要求過壓，這種過壓最好在加壓后低于2秒鐘的時間內(nèi)達(dá)到，在這一瞬間，金屬滲透現(xiàn)象最大。
本發(fā)明可用下面的與內(nèi)燃機(jī)排氣管和缺蓋鑄造有關(guān)的實施例加以說明，鑄造是在考慮到型砂的顆粒尺寸和模型埋入的深度使之符合所要求的過壓范圍的條件下進(jìn)行的，這些條件和所用的鑄型參數(shù)示于下頁的表1上。
用這種方法鑄造的制品幾乎沒有氣孔和碳的外表層，證明了本發(fā)明改進(jìn)的效果。
表1NO施加的壓力 自澆鑄結(jié)束 自澆鑄結(jié)束 當(dāng)凝固率達(dá)到35%時制品類型 排氣管 缸蓋 缸蓋型砂顆粒尺寸AFS 48 48 100凝固持續(xù)時間 60 240 240(秒)制品厚度(mm) 4 8 8壓力在0至0.8MPa之間升高持續(xù)時間(秒) 12 46 80壓力升高速率(MPa/Sec) 0.066 0.017 0.01最大△P(MPa) 0.0097 0.0046 0.0030模型埋入深度(mm) 250 450 450達(dá)到最大過壓的時間(秒) 0.9 0.6 0.4＊AFS-美國鑄造學(xué)會型砂標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種金屬制品失泡沫壓力鑄造方法包括下列步驟-使用有機(jī)泡沫材料制成的涂敷有耐火材料膜的待鑄造制品的模型；-將所述模型埋入無粘結(jié)劑的干砂制作的鑄型內(nèi)；-將液態(tài)金屬注入所述的鑄型，燃燒所述的模型；-排出模型放出的氣化物和液態(tài)殘余物；-使金屬凝固，獲取制品；-在金屬凝固率超過重量的40%之前，給鑄型施加一均衡的壓力，其值在0.5至1.5MPa之間，本發(fā)明的特征在于，所述的壓力以一個速率增加，該速率是型砂顆粒尺寸和模型埋入深度的函數(shù)，由于載荷穿過型砂的損失，在液態(tài)金屬相對型砂的內(nèi)表面區(qū)域上迅速暫時形成過壓，過壓達(dá)到兩個極限值之間的某一個數(shù)值，然后象所述的增壓一樣減壓，然后保持所述的壓力恒定不變，直至完全凝固為止。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于壓力增高速率在每秒0.003至0.3MPa之間，制品越薄，速率越低。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于過壓值在0.001和0.030MPa之間。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于過壓值在0.002至0.010MPa之間。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在低于2秒的時間內(nèi)達(dá)到最大過壓值。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬制品失泡沫壓力鑄造方法，這種方法是在鑄型澆鑄后，以某一增高速率給鑄型施加一個增加的均衡的氣壓，由于載荷穿過型砂的損耗，在熔化金屬相對型砂的內(nèi)表面區(qū)域上迅速暫時產(chǎn)生過壓，當(dāng)過壓達(dá)到兩個極限值之間的某一數(shù)值時，則象所述的增壓一樣減壓，然后，保持所述的壓力恒定不變，直到鑄件完全凝固為止。本發(fā)明用于獲得鑄件，特別是鋁合金制品，除增加了密度之外，其表面沒有氣孔和碳夾雜物。
文檔編號B22D27/13GK1059302SQ9010817
公開日1992年3月11日 申請日期1990年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1990年9月1日
發(fā)明者格萊特·米奇爾 申請人:皮奇尼鉛公司