BR112013006358B1

BR112013006358B1 - método de fundição livre, aparelho de fundição livre e peça fundida

Info

Publication number: BR112013006358B1
Application number: BR112013006358A
Authority: BR
Inventors: Iwahori Hiroaki; Yaokawa Jun; Amano Norihiro; Ueno Noriyuki; Kobayashi Takehito; Iwata Yasushi; Sugiyama Yoshio
Original assignee: Toyota Motor Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-12
Publication date: 2018-08-28
Also published as: EP2616200A1; CA2810485A1; KR101612687B1; CA2810485C; CN105170928B; CN105170928A; RU2550465C2; KR20130061174A; KR20150033744A; EP2616200B1; RU2013111545A; US9457396B2; CN103124604A; JP2012061518A; KR20150080636A; CN104985145B; AU2011303303A1; CN103124604B; BR112013006358A2; KR101612684B1

Abstract

método de função livre, aparelho de fundição livre e peça fundida. a presente invenção refere-se a um método de fundição livre que inclui uma etapa de condução para fora conduzir para fora metal fundido de uma área de condução para fora (p) fornecida em uma fonte de reter o metal fundido temporariamente por meio de películas de supefície (f) geradas em uma supefície externa, e uma etapa de formação para obter um corpo formado ao solidificar metal fundido retido (ms) conduzido para fora ao longo de uma passagem de endurecimento (l1) dependendo de uma forma de peça fundida desejada, em que o metal fundido retido é solidificado após ser moldado na forma de peça fundida desejada ao aplicar uma força externa ao mesmo em posições entre uma parte de origem não restringida do metal fundido retido nas proximidades do nível de supersície do metal fundido e uma interface de solidificação definida como um limite entre o metal fundido retido eo corpo formado na etpa de formação.

Description

(54) Título: MÉTODO DE FUNDIÇÃO LIVRE, APARELHO DE FUNDIÇÃO LIVRE E PEÇA FUNDIDA (51) Int.CI.: B22D 11/12; B22D 23/00 (30) Prioridade Unionista: 17/09/2010 JP 2010209761 (73) Titular(es): TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA (72) Inventor(es): JUN YAOKAWA; YOSHIO SUGIYAMA; YASUSHI IWATA; HIROAKI IWAHORI; NORIHIRO AMANO; NORIYUKI UENO; TAKEHITO KOBAYASHI (85) Data do Início da Fase Nacional: 15/03/2013

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO DE FUNDIÇÃO LIVRE, APARELHO DE FUNDIÇÃO LIVRE E PEÇA FUNDIDA.

Campo Técnico [001] A presente invenção refere-se a um método de fundição por irrupção (chamado em seguida de método de fundição livre) que é capaz de obter uma peça fundida sem usar um molde de fundição que convencionalmente acreditava-se ser indispensável para fundição, a um aparelho de fundição livre usado adequadamente para o método e a uma peça fundida obtida pelo método e pelo aparelho.

Técnica Anterior [002] Produtos de metal criados em formas complicadas são frequentemente produzidos por meio de fundição. Fundição é um processo de produção no qual metal tendo fluidez (metal fundido) é solidificado em uma forma desejada para obter uma peça fundida alvo. Acreditava-se desde muito tempo no conhecimento comum da técnica que um molde de fundição tendo uma cavidade adequada para uma forma desejada de uma peça fundida alvo era um dispositivo indispensável para fundição. Portanto, os métodos de fundição empregados de forma convencional frequentemente acarretavam uma variedade de problemas causados por usar os moldes de fundição. Os problemas são, por exemplo, defeitos de fundição (trinca de solidificação, porosidade de contração, bolhas gasosas, etc.), não uniformidade de estrutura solidificada, deterioração de material produzido, carga ambiental ou similares. Diversas abordagens técnicas têm sido propostas para resolver cada um dos problemas convencionais a partir de um ponto de vista microscópico.

[003] Exceto estas abordagens técnicas, algumas soluções técnicas foram reveladas, as quais abordam os problemas diferentemente dos métodos de fundição convencionais em que moldes

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2/20 de fundição são usados. As literaturas de patente que relatam exemplos de uma técnica de fundição como esta estão listadas a seguir.

Lista de Referências

Literatura de Patente [004] PTL 1: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 63-199050;

PTL 2: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2-205232;

PTL 3: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 2-251341;

PTL 4: Publicação de Pedido de Patente Não Examinado Japonês No. 9-248657.

Sumário da Invenção

Problema Técnico [005] O método revelado na Literatura de Patente 1, entretanto, somente pode obter materiais metálicos tendo formas colunares e de barra simples, falhando para realizar fundição que demanda um alto grau de liberdade nas formas.

[006] Os métodos revelados nas Literaturas de Patente 2 a 4 também têm uma desvantagem técnica em que uma saída de metal fundido é restringida estruturalmente por um molde e um elemento de divisão fornecido em um nível de superfície do metal fundido no lado de sua fonte de fornecimento. Portanto, estes métodos de forma similar são incapazes de realizar tal fundição que demanda um alto grau de liberdade nas formas, falhando praticamente para obter uma fundição tendo uma superfície ou forma curvada suavemente. Seria uma coisa lógica que, nestes métodos, óxidos ou similares grudassem no molde e no elemento de divisão fornecido no nível de superfície do metal fundido, falhando para obter com segurança uma peça fundida tendo uma forma e qualidade desejadas.

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3/20 [007] A presente invenção foi feita em consideração às circunstâncias mencionadas anteriormente. O objetivo da presente invenção é fornecer um método de fundição por irrupção que seja capaz de obter facilmente peças fundidas tendo formas complicadas ao resolver essencialmente os vários problemas técnicos envolvidos nas técnicas de fundição convencionais. A presente invenção fornece adicionalmente um aparelho usado adequadamente para o método de fundição, e uma peça fundida obtida por meio do método de fundição. Solução Para o Problema [008] Os inventores da presente invenção trabalharam seriamente para resolver os problemas, e finalmente descobriram, como resultado das pesquisas e experimentos de método de tentativas, um método de fundição em que metal fundido pode ser solidificado em uma forma desejada para obter uma peça fundida alvo sem usar um molde de fundição. Os inventores continuaram a desenvolver a descoberta para expandir adicionalmente seu escopo técnico, e finalmente completaram a presente invenção descrita a seguir.

Método de Fundição Livre:

(1) Um método de fundição livre de acordo com a presente invenção é um método de fundição que pode obter peças fundidas sem usar moldes de fundição, incluindo: uma etapa de condução para fora para conduzir para fora metal fundido a partir de seu nível de superfície para ficar retido por si mesmo temporariamente por meio de película de superfície gerada em uma superfície externa ou por tensão de superfície, em que o metal fundido é fornecido para o metal fundido retido através do nível de superfície; e uma etapa de formação para obter um corpo formado ao solidificar o metal fundido retido conduzido para fora ao longo de uma passagem de endurecimento dependendo de uma forma desejada de fundição, em que o metal fundido retido é solidificado após ser mudado para a forma desejada ao aplicar uma força

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4/20 externa ao mesmo em posições entre uma parte de origem não restringida do metal fundido retido nas proximidades do nível de superfície do metal fundido e uma interface de solidificação definida como um limite entre o metal fundido retido e o corpo formado na etapa de formação.

(2) O método de fundição livre de acordo com a presente invenção pode resolver os problemas técnicos convencionais gerados inevitavelmente pelos métodos de fundição convencionais nos quais moldes de fundição são usados. A presente invenção pode dispensar quaisquer moldes de fundição, o que capacita uma peça fundida para ser produzida enquanto metal fundido é sempre fornecido ao solidificar, impedindo assim defeitos de fundição que convencionalmente ocorrem em moldes (por exemplo, trinca de solidificação, porosidade de contração, inclusão (bolhas gasosas)). Por causa desta vantagem técnica, o método pode ser usado para fundir ligas que são prováveis de ter trincas de solidificação ou similares quando os métodos convencionais são empregados (por exemplo, ligas de alumínio trabalhadas da série JIS 6000 ou similares), e pode obter facilmente peças fundidas de formas complicadas feitas das ligas. Assim, o método de fundição livre de acordo com a presente invenção está disponível para uma seleção mais ampla de ligas para obter peças fundidas.

[009] Adicionalmente, o método de acordo com a presente invenção pode dispensar quaisquer moldes de fundição para obter peças fundidas, melhorando assim notavelmente um grau de liberdade nas formas de peças fundidas. Portanto, tais peças fundidas que convencionalmente são difíceis de obter podem ser produzidas de forma barata por meio do método. Por exemplo, peças fundidas modeladas com rebaixos e peças fundidas modelada compridas que são difíceis de obter podem ser facilmente produzidas por meio do método de fundição livre de acordo com a presente invenção. O método de fundição livre de

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5/20 acordo com a presente invenção torna desnecessário preparar qualquer equipamento de produção ou etapas de produção particulares para serem usados dependendo de tipos de peças fundidas ou moldes de fundição. Isto resulta favoravelmente em redução de custos de fabricação, melhoramento de flexibilidade de fabricação tal como capacitar produção de lotes pequenos com uma variedade de produtos, redução de tamanho de equipamento de produção, melhoramento de um ambiente na planta ou similares.

[0010] Por causa de a superfície da cavidade de molde não afetar a solidificação do metal fundido no método de fundição livre de acordo com a presente invenção, é fácil controlar uma taxa de resfriamento e uma direção de solidificação, e assim obter uma fundição de alta qualidade com estrutura de solidificação bem controlada.

[0011] Adicionalmente, o método de fundição livre de acordo com a presente invenção pode reduzir significativamente uma quantidade de metal fundido usado para uma parte a não ser um produto propriamente dito, alcançando assim um notável melhoramento de rendimento de material e uma grande redução de sucata de retorno. O método de fundição livre de acordo com a presente invenção torna desnecessário fundir e reter uma grande quantidade de metal fundido antes da fundição um produto de tamanho grande ao fundir matérias-primas pouco a pouco dependendo de demandas. O método pode assim reduzir um uso de material metálico e também pode economizar energia exigida para fundição. Assim, o método de fundição livre de acordo com a presente invenção pode trazer uma grande quantidade de contribuição para economia de recursos, economia de energia e menor carga ambiental (por exemplo, redução de emissão de CO2).

(3) Tal como descrito até agora, a presente invenção fornece um excelente método de fundição que resolve essencialmente vários problemas técnicos gerados pelos métodos de fundição convencionais.

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Embora detalhes de um mecanismo exato do método de fundição de acordo com a presente invenção não tenham sido identificados precisamente, estamos considerando presentemente o mecanismo tal como descrito a seguir.

[0012] O metal fundido está em estado líquido ou estado de coexistência de sólido e líquido e, portanto, têm fluidez. Portanto, o metal fundido não tem qualquer forma específica a não ser sua forma que é definida por um molde de fundição ou similares (a superfície da cavidade de molde), o que significa que o metal fundido usualmente não é mantido (retido) em qualquer forma particular.

[0013] Entretanto, quando um sólido (corpo de indução) é colocado em contato com uma superfície do metal fundido e elevado lentamente, o metal fundido em uma forma particular é elevado juntamente por cerca de diversas dezenas de milímetros sem usar um molde de fundição ou similares. O metal fundido assim é considerado como ficando retido pelo menos por uma película de superfície (por exemplo, película de óxido) ou por tensão de superfície gerada em uma superfície do metal fundido elevado.

[0014] O metal fundido retido assim (metal fundido retido) não está solidificado; portanto, sua forma é temporária ou transicional. Portanto, o metal fundido retido pode ter sua forma mudada variavelmente dependendo de uma direção ou de uma passagem na qual o metal fundido é guiado ou de uma força externa ou similares aplicada a ele pelo lado de fora. Quando o metal fundido retido é assim modelado adequadamente para uma peça fundida desejada e então resfriado para ser solidificado, uma peça fundida tendo a forma desejada pode ser obtida mesmo sem usar um molde de fundição. Por causa de a parte de origem do metal fundido retido nas proximidades do nível de superfície do metal fundido não estar restringida, a forma do metal fundido retido tem um grau de liberdade muito alto. Portanto, uma peça fundida pode

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7/20 ser facilmente obtida em uma forma complicada. O método de fundição livre de acordo com a presente invenção pode obter de forma eficiente peças fundidas de formas complicadas sem causar defeitos de fundição. [0015] Existem diferentes métodos para resfriar o metal fundido retido a ser solidificado, cujos exemplos são: um método de resfriar o metal fundido retido ao soprar diretamente um gás refrigerante sobre ele, e um método de resfriar o metal fundido retido indiretamente ao usar um corpo de indução de metal ou uma parte já solidificada do metal fundido. Um dos métodos de resfriamento pode ser usado, ou alguns dos métodos podem ser combinados.

[0016] Quando o metal fundido retido é resfriado indiretamente ao usar a parte já solidificada, os métodos de resfriamento podem ser aplicados direcionalmente da parte já solidificada para uma parte não solidificada. Isto ajuda a obter uma peça fundida perfeita em que um defeito de fundição tal como porosidade de contração é evitado. Adicionalmente, o método de fundição livre de acordo com a presente invenção pode obter facilmente uma peça fundida de alta qualidade tendo uma estrutura solidificada direcional que é difícil de obter por meio dos métodos de fundição convencionais em que moldes de fundição são usados.

[0017] De acordo com o método de fundição livre em que o metal fundido não é resfriado em um molde de fundição, trinca de solidificação, a qual possivelmente é gerada nos métodos de fundição convencionais por causa de restrição de construção térmica pelos moldes de fundição, é impedida de ocorrer. Por causa desta vantagem técnica, é possível no método obter peças fundidas feitas de ligas, tais como ligas de alumínio trabalhadas série 6000 (JIS), as quais são prováveis de ter trinca de solidificação nos métodos de fundição convencionais.

Aparelho de Fundição Livre:

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8/20 [0018] A presente invenção é aplicável não somente ao método de fundição livre descrito até agora, mas também a um aparelho de fundição livre usado adequadamente para o método. Um aparelho de fundição livre de acordo com a presente invenção compreende um cadinho no qual metal fundido é contido, e um elemento de fornecimento de forma configurado para aplicar uma força externa ao metal fundido retido conduzido para fora de um nível de superfície do metal fundido contido no cadinho e retido temporariamente por uma película de superfície ou por tensão de superfície gerada em uma superfície externa para moldar o metal fundido retido em uma forma. O aparelho de fundição assim caracterizado estruturalmente pode ser usado para o método de fundição livre.

[0019] O aparelho de fundição livre preferivelmente compreende adicionalmente uma fonte de acionamento configurada para guiar um corpo de indução tendo um sólido para induzir uma forma básica projetada para obter uma forma de peça fundida desejada ao longo de uma passagem de endurecimento dependendo da forma de peça fundida desejada a partir da superfície do metal fundido no cadinho. O aparelho de fundição livre preferivelmente compreende adicionalmente um bico usado para soprar fluido para uma superfície externa do metal fundido retido ou uma superfície externa de um corpo formado obtido ao solidificar o metal fundido retido.

Peça Fundida:

[0020] A presente invenção também é aplicável a uma peça fundida obtida por meio do método de fundição livre e do aparelho de fundição livre descritos até agora. Uma peça fundida de acordo com a presente invenção preferivelmente tem estrutura solidificada direcional em que estrutura solidificada é disposta direcionalmente.

Outros:

(1) O material, forma e dimensão da peça fundida de acordo

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9/20 com a presente invenção não estão limitados particularmente.

(2) A não ser que relatado de outro modo, x - y relatado no relatório descritivo da presente invenção inclui um valor limite inferior x e um valor limite superior y. O valor limite superior e o valor limite inferior relatados no relatório descritivo da presente invenção podem ser combinados variavelmente e expressados em uma faixa de números tal como esta de a - b. Quaisquer valores numéricos arbitrários incluídos no escopo técnico relatado no relatório descritivo podem ser usados como um valor limite superior e um valor limite inferior para definir uma faixa de números.

Descrição Resumida dos Desenhos [0021] A Figura 1 é uma vista conceitual de um aparelho de fundição livre.

[0022] A Figura 2 é uma vista parcial ampliada do aparelho de fundição livre mostrado na Figura 1.

[0023] A Figura 3 é uma imagem de uma peça fundida obtida por meio de fundição livre.

[0024] As Figuras 4A-4C são imagens microscópicas da microestrutura da peça fundida. A Figura 4A é uma imagem microscópica da microestrutura em um plano vertical de eixo R. A Figura 4B é uma imagem microscópica da microestrutura em um plano vertical de eixo teta. A Figura 4C é uma imagem microscópica da microestrutura em um plano vertical de eixo Z.

[0025] A Figura 5 é uma imagem de uma outra peça fundida obtida por meio da fundição livre.

[0026] A Figura 6 é uma imagem ainda de uma outra peça fundida obtida por meio da fundição livre.

LISTAGEM DE REFERÊNCIA aparelho de fundição livre cadinho

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10/20 elementos de fornecimento de forma bico de resfriamento (bico) iniciador (corpo de indução) fonte de acionamento

M metal fundido

MS metal fundido retido

MSa parte de origem

C1, C2 peça fundida

L1 passagem (passagem de endurecimento)

G refrigerante

Descrição de Modalidades [0027] A presente invenção será descrita mais especificamente por meio de modalidades. A descrição deste relatório descritivo incluindo a descrição a seguir de modalidades pode ser aplicada de forma apropriada não somente a um método de fundição livre e a um aparelho de fundição livre, mas também a uma peça fundida obtida por meio do método e do aparelho de acordo com a presente invenção. Um ou mais dos recursos componentes seguintes podem ser acrescentados arbitrariamente à constituição mencionada anteriormente da presente invenção. Um recurso primordial a respeito de um método de fundição pode ser considerado esse de uma peça fundida quando é entendida como um produto por meio de processo. Deve ser notado que a modalidade mais apropriada depende de uma aplicação alvo, características exigidas ou similares.

Método de Fundição Livre:

[0028] Etapas principais incluídas no método de fundição livre de acordo com a presente invenção são uma etapa de condução para fora e uma etapa de formação.

Etapa de Condução Para Fora:

(1) A etapa de condução para fora é uma etapa em que uma

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11/20 parte do metal fundido contido em um recipiente tal como um cadinho é conduzido para fora de uma fonte de fornecimento, por exemplo, um nível de superfície do metal fundido, para ficar retida por si mesma dependendo de uma forma desejada de uma peça fundida. Quando peças fundidas são produzidas continuamente, a etapa de condução para fora e a etapa de formação trabalham como uma sequência de etapas.

[0029] Uma área de condução para fora de onde metal fundido retido é conduzido para fora fica localizada nas proximidades de um limite entre o nível de superfície do metal fundido contido no cadinho e o metal fundido retido, e uma parte de origem do metal fundido retido é formada perto da área de condução para fora.

(2) O metal fundido retido preferivelmente é conduzido para fora, por exemplo, ao usar um corpo de indução fornecido para induzir uma forma básica projetada para obter a forma de peça fundida desejada e levar o corpo de indução para contato com o metal fundido na área de condução para fora e elevar o corpo de indução. Desta maneira, o metal fundido retido pode ser retido de forma estável, e a peça fundida pode ser formada em uma forma estável. Uma outra vantagem de conduzir para fora o metal fundido retido neste modo é que o metal fundido retido pode ser transferido ao usar o corpo de indução na etapa de formação.

[0030] O corpo de indução tem uma forma como esta em que é adequada para a forma básica (por exemplo, forma circular, forma anular). O corpo de indução pode ser feito de qualquer material desde que o metal fundido grude nele. Para solidificação direcional do metal fundido em uma direção do corpo de indução para a área de condução para fora ou similares, o corpo de indução preferivelmente é um corpo de metal (material sólido) superior em transmissão de calor (condutividade de calor, transferência de calor). O material do corpo de

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12/20 indução então não é necessariamente do mesmo metal que o do metal fundido.

(3) Uma atmosfera onde o metal fundido retido é conduzido para fora não está limitada particularmente. Quando o metal fundido retido é conduzido para fora sob atmosfera ou atmosfera de oxidação, uma película de óxido é gerada como uma película de superfície em uma superfície externa do metal fundido retido. Quando o metal fundido retido é conduzido para fora sob atmosfera de nitrogênio, uma película de nitreto é gerada como uma película de superfície sobre o mesmo. Mesmo quando o metal fundido retido é conduzido para fora sob uma atmosfera como esta em que nenhuma película de superfície não é gerada, o metal fundido retido pode ser retido por tensão de superfície gerada na superfície do metal fundido.

Etapa de Formação:

(1) A etapa de formação é uma etapa em que o metal fundido retido é solidificado enquanto sendo guiado dependendo de uma forma desejada da peça fundida de maneira que um corpo formado (peça fundida) tendo uma forma desejada é obtido. Tal como descrito anteriormente, o metal fundido retido, embora tendo uma forma retida temporariamente, não está solidificado. Portanto, o metal fundido retido pode ser mudado para uma forma desejada ao regular e ajustar uma passagem onde ele se desloca após a etapa de condução para fora e uma força externa aplicada ao mesmo.

[0031] O metal fundido retido tendo a parte de origem não restringida pode ser mudado facilmente para várias formas complicadas. O metal fundido retido é guiado para ter uma forma desejada ao usar um elemento de fornecimento de forma (uma ferramenta tal como paleta, guia ou rolete) colocado em contato com o metal fundido retido ou ao soprar um fluido (gás) de fluxo controlado ou pressão controlada para aplicar pressão de fluido ao mesmo. Então, o

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13/20 metal fundido retido pode ser mudado para várias formas complicadas, e uma peça fundida tendo uma forma arbitrária pode ser obtida consequentemente. O metal fundido retido pode ser guiado para ter uma forma desejada não somente pelo lado de uma superfície externa, mas também pelo lado de uma superfície interna do metal fundido retido. Quando o metal fundido retido é guiado para ter uma forma desejada pelos lados de sua superfície externa e superfície interna, a espessura do metal fundido retido assim como a forma do mesmo podem ser facilmente ajustadas ou reguladas.

[0032] Uma vez que o metal fundido retido é assim modelado e formado, peças fundidas tendo formas até agora difíceis de obter por meio dos métodos de fundição convencionais nos quais moldes de fundição são usados (por exemplo, peça fundida com rebaixos) podem ser facilmente obtidas. Isto facilita a produção de peças fundidas tendo formas que podem ser difíceis de obter ao simplesmente controlar o movimento do metal fundido retido ao longo de uma passagem de endurecimento descrita a seguir.

[0033] A passagem onde o metal fundido retido é guiado preferivelmente é uma passagem ascendente tendo pelo menos um componente ascendente, por causa de o metal fundido retido poder ser guiado e controlado mais facilmente quando puxado para cima (etapa de elevação). A passagem de endurecimento pode ser uma passagem reta, curvada ou espiral se estendendo verticalmente para cima. A passagem de endurecimento pode ser uma passagem configurada regularmente ou uma passagem configurada irregularmente.

(2) Exemplos de métodos para resfriar o metal fundido retido são: solidificação direcional ao usar o corpo de indução ou parte já solidificada, e solidificação por resfriamento ao soprar qualquer um de vários refrigerantes para o metal fundido retido ou para o corpo formado perto de uma interface de solidificação pelos lados das superfícies

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14/20 interna e externa do mesmo. Os refrigerantes podem ser soprados para o metal fundido retido a fim de não somente resfriar, mas também de formar o metal fundido retido. Exemplos do refrigerante são gases tais como ar, gás de nitrogênio ou gás inativo, ou líquido tal como água. Quando o líquido é usado como o refrigerante, o metal fundido retido pode ser resfriado rapidamente e de forma eficiente pelo calor de vaporização. Particularmente, quando o líquido é pulverizado dependendo de uma quantidade de calor de solidificação do metal fundido retido, o líquido usado como o refrigerante é impedido de cair sobre o metal fundido, e o refrigerante pode ser facilmente recuperado. [0034] Quando bicos são fornecidos em lados externos ou internos do metal fundido retido, o refrigerante pode ser facilmente pulverizado. Quantos bicos são fornecidos e onde eles são colocados pode ser decidido adequadamente dependendo de qualquer forma desejada e estrutura solidificada da peça fundida. Quando, por exemplo, uma pluralidade de bicos ou um bico anular é fornecido no lado externo do metal fundido retido, o metal fundido retido total pode ser resfriado uniformemente. Como resultado, uma peça fundida tendo estrutura solidificada ordenadamente pode ser obtida.

Metal Fundido:

[0035] O tipo do metal fundido não está limitado particularmente. O metal pode ser ferro, alumínio, magnésio ou titânio, ou uma liga obtida de qualquer um destes metais. O metal fundido relatado no relatório descritivo da presente invenção não está necessariamente limitado a um metal cujo conteúdo total está na fase líquida. O metal fundido pode ser um metal na fase de coexistência de sólido e líquido na qual fase sólida está misturada com fase líquida, em cujo caso a fase sólida e a fase líquida não são necessariamente feitas do mesmo material. O metal fundido pode ser materiais compostos.

Outros:

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15/20 [0036] O uso final pretendido para a peça fundida de acordo com a presente invenção não está limitado particularmente. A peça fundida pode ser um produto quase final ou um material para ser processado adicionalmente mais tarde antes de finalizado (material intermediário). A presente invenção pode obter facilmente e de forma barata peças fundidas tendo formas complicadas ou estrutura solidificada até agora difíceis de obter por meio dos métodos de fundição convencionais em que moldes de fundição são usados. Portanto, a peça fundida de acordo com a presente invenção pode ser usada em uma ampla faixa de produtos em campos técnicos onde peças fundidas não eram usadas convencionalmente.

Exemplo 1 [0037] A presente invenção será descrita com detalhes adicionais referindo-se a exemplos.

Aparelho de Fundição Livre:

(1) A Figura 1 é uma vista conceitual de um o aparelho de fundição livre 1. A Figura 2 é uma vista ampliada de uma parte do aparelho de fundição livre mostrado na Figura 1. O aparelho de fundição livre 1 tem um cadinho 10, em que o metal fundido M é contido, e um elemento de fornecimento de forma interna 111 e um elemento de fornecimento de forma externa 112 fornecidos imediatamente acima de um nível de superfície do metal fundido M no cadinho 10 (os quais são chamados coletivamente de elementos de fornecimento de forma 11), uma pluralidade dos bicos de resfriamento 13 fornecidos em uma direção ascendente dos elementos de fornecimento de forma 11, dos quais um refrigerante G é soprado para fora aproximadamente de forma anular, um iniciador 14 (corpo de indução) feito de metal e tendo uma forma anular em seção, e uma fonte de acionamento 15 que eleva o iniciador 14.

[0038] A fonte de acionamento 15 pode controlar uma velocidade

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16/20 de elevação (velocidade de subida) do iniciador 14 e uma direção de elevação (direção de movimento) do iniciador 14. O iniciador 14 é móvel ao longo de uma passagem ascendente (passagem de endurecimento) configurada arbitrariamente. A quantidade do refrigerante G (ar é usado no Exemplo 1) soprado pelos bicos de resfriamento 13 e sua pressão de jato podem ser controladas arbitrariamente por meio de um controlador fornecido separadamente (não mostrado nos desenhos).

(2) Quando o metal fundido M é guiado pelo iniciador 14 e puxado para cima a partir de uma área de condução para fora P do cadinho 10 (etapa de elevação), uma película de superfície anular e fina F (película de óxido) é gerada nas superfícies externas do metal fundido M nas superfícies internas e externas do mesmo. Estas películas de superfície F (ou tensão de superfície do metal fundido M) formam o metal fundido retido MS conduzido para fora e retido em uma forma anular (cônica).

[0039] Uma vez que o metal fundido retido MS é retido pelas películas de superfície F, o metal fundido retido MS se estende para cima por cerca de uma altura h a partir do nível de superfície do metal fundido M no cadinho 10. A altura h ou uma altura próxima é uma interface de solidificação B onde a fase líquida muda para a fase sólida. Em uma direção ascendente da interface de solidificação B, o metal fundido retido MS é solidificado de maneira que uma peça fundida C1 (corpo formado) tendo uma forma desejada (por exemplo, forma anular) é obtida. A direção de solidificação da peça fundida C1 resfriada por meio de remoção de calor pelo iniciador 14 e pelo refrigerante G soprado para o mesmo pelos bicos de resfriamento 13 é uma direção do iniciador 14 para a área de condução para fora P. Portanto, a peça fundida C1 tem estrutura solidificada direcional formada em uma direção onde a peça fundida C1 se estende.

[0040] Uma parte de origem anular MSa do metal fundido retido MS

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17/20 formada nas proximidades da área de condução para fora P do metal fundido não é restringida. Quando os elementos de fornecimento de forma 11 em contato com o metal fundido retido MS são respectivamente deslocados para a direita e para a esquerda, a parte de origem MSa pode mudar livremente sua forma de acordo com os comportamentos dos elementos de fornecimento de forma 11. Como resultado, o metal fundido retido MS fica livre de qualquer restrição e pode ser facilmente mudado para quaisquer formas complicadas pelos elementos de fornecimento de forma 11.

Fundição Livre:

(1) Uma peça fundida produzida realmente pelo aparelho de fundição livre 1 é descrita a seguir.

[0041] A liga de alumínio (Al) trabalhada (JIS A6063), a qual convencionalmente é conhecida como um metal difícil de fundir porque trinca de solidificação ou similares é provável de ocorrer, foi usada como o material metálico do metal fundido M. O material metálico preparado foi fundido e colocado no cadinho 10, e então mantido em 680°C.

[0042] O elemento de fornecimento de forma interna 111 suspenso sobre a superfície do metal fundido M foi um elemento de isolamento térmico tendo uma forma de disco e formado no tamanho de diâmetro (D) de 40 mm x espessura de 3 mm. O elemento de fornecimento de forma externa 112 foi um elemento de isolamento térmico tendo uma forma de anel e construído no tamanho de diâmetro interno D de 60 mm x diâmetro externo D de 100 mm x espessura de 3 mm. A área de condução para fora P foi formada pelos elementos de fornecimento de forma 11 e teve uma forma anular com uma folga de 10 mm (diâmetro interno D de 40 mm x diâmetro externo D de 60 mm).

[0043] O iniciador 14 foi um elemento cilíndrico feito de aço e formado no tamanho de diâmetro interno D de 44 mm x diâmetro externo D de 56 mm x altura de 100 mm. Os oito bicos de resfriamento 13 foram

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18/20 espaçados igualmente em uma forma anular em uma direção ascendente dos elementos de fornecimento de forma 11. Os respectivos bicos de resfriamento 13 sopraram ar em cerca de 30°C na taxa de 200 L/min.

(2) O iniciador 14 foi colocado em contato com a superfície do metal fundido M na área de condução para fora P. Assim que a solidificação do metal fundido M iniciou no lado de extremidade inferior do iniciador 14, o iniciador 14 foi elevado ao longo de uma passagem linear L1 (passagem de endurecimento) com a velocidade de subida de 40 mm/min com o ar soprado continuamente pelos oitos bicos de resfriamento 13. Então, o metal fundido retido MS retido pelas películas de superfície F (películas de óxido) (etapa de condução para fora, etapa de elevação) foi conduzido para fora, e a peça fundida C1 tendo uma forma cilíndrica e solidificada direcionalmente em uma direção ascendente da interface de solidificação B (etapa de formação) foi formada. A peça fundida C1 foi formada no tamanho de diâmetro externo D de 55 mm x espessura de 5 mm.

[0044] Em um estágio intermediário da etapa de formação, os elementos de fornecimento de forma 11 foram colocados em ação. Isto é, o elemento de fornecimento de forma interna 111 e o elemento de fornecimento de forma externa 112 foram deslocados de tal maneira que a parte de origem MSa do metal fundido retido MS expandiu seu diâmetro. Como resultado, uma peça fundida C2 tendo uma forma cilíndrica e uma forma elíptica em seção e formada no tamanho de diâmetro externo maior de 80 mm x diâmetro externo menor de 55 mm x espessura de 4 mm foi obtida. A Figura 3 é uma imagem da peça fundida C1 e da peça fundida C2 (chamadas coletivamente de peças fundidas C). As peças fundidas C obtidas não mostraram nenhum defeito de fundição tal como porosidade de contração ou trinca de solidificação e tinham uma superfície de peça fundida uniforme e fina.

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19/20 (3) As Figuras 4A-4C são imagens microscópicas da microestrutura da peça fundida C1. As Figuras 4A a 4C são respectivamente as imagens microscópicas das microestruturas em um plano vertical radialmente (plano vertical de eixo R), um plano vertical circunferencialmente (plano vertical de eixo teta), e um plano vertical na direção de extensão (plano vertical de eixo Z). É conhecido a partir destas imagens que a peça fundida C1 tem estrutura solidificada direcional favorável. Nas imagens, uma parte branqueada é estrutura colunar que é um cristal primário de fase alfa crescido na direção de elevação (Al na estrutura FCC), e uma parte escurecida é uma fase de Mg2Si finalmente cristalizado após a estrutura colunar estar crescida. Exemplo 2

Método de Fundição Livre:

[0045] As Figuras 5 e 6 são imagens de uma outra peça fundida obtida por meio do aparelho de fundição livre 1. Para obter uma peça fundida C3 mostrada na Figura 5, a velocidade de deslocamento horizontal (para a direita e para a esquerda) do iniciador 14 e a velocidade de subida do iniciador 14 foram estabelecidas para 1:1, e o metal fundido retido MS foi guiado ao longo de uma passagem em ziguezague (passagem de endurecimento) inclinada a partir da direção vertical por cerca de 45 graus e então formado. A peça fundida C3 também teve estrutura solidificada direcional. A peça fundida C3 não mostrou nenhum defeito de fundição tal como porosidade de contração ou trinca de solidificação, e tinha uma superfície de peça fundida uniforme e fina.

[0046] Para obter uma peça fundida C4 mostrada na Figura 6, a passagem de deslocamento do iniciador 14 (passagem de guiamento do metal fundido retido MS) tendo a forma em ziguezague é mudada para uma passagem tendo uma forma de espiral (passagem de endurecimento), e o metal fundido retido MS é então formado. Mais

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20/20 especificamente, o iniciador 14 foi colocado em contato com o metal fundido M na área de condução para fora P, e o iniciador 14 foi então elevado ligeiramente com a velocidade de subida de 84 mm/min (etapa de condução para fora, etapa de elevação). Com a velocidade de subida sustentada constantemente, o iniciador 14 foi então deslocado com a velocidade circunferencial de 28 mm/min ao longo da periferia externa de um raio 10 mm (D de 20 mm). A peça fundida C4 assim obtida também teve estrutura solidificada direcional. A peça fundida C4 não mostrou nenhum defeito de fundição tal como porosidade de contração ou trinca de solidificação, e tinha uma superfície de peça fundida uniforme e fina. [0047] Quando os elementos de fornecimento de forma são usados para formar as peças fundidas mostradas nas Figuras 5 e 6, peças fundidas tendo formas muito complicadas podem ser obtidas de forma eficiente com uma alta qualidade de produto assegurada ao mesmo tempo.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de fundição livre que é capaz de obter peças fundidas (C1) sem usar moldes de fundição, incluindo:

uma etapa de condução para fora para conduzir para fora metal fundido (M) a partir de seu nível de superfície para ficar retido por si mesmo temporariamente por uma película de superfície (F) gerada em uma superfície externa ou por tensão de superfície, em que o metal fundido (M) é fornecido para metal fundido retido (MS) através do nível de superfície; e uma etapa de formação para obter um corpo formado ao solidificar o metal fundido retido (MS) conduzido para fora ao longo de uma passagem de endurecimento (L1) dependendo de uma forma de peça fundida desejada, caracterizado pelo fato de que o metal fundido retido (MS) é solidificado após ser mudado para a forma desejada ao aplicar uma força externa ao mesmo em posições entre uma parte de origem não restringida (MSa) do metal fundido retido (MS) nas proximidades do nível de superfície do metal fundido (M) e uma interface de solidificação (B) definida como um limite entre o metal fundido retido (MS) e o corpo formado na etapa de formação.
2. Método de fundição livre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de condução para fora inclui uma etapa de levar um corpo de indução (14) tendo um sólido fornecido para induzir uma forma básica da peça fundida (C1) para ficar em contato com a superfície do metal fundido (M).
3. Método de fundição livre de acordo com a reivindicação 1 caracterizado pelo fato de que a etapa de formação inclui uma etapa de elevação para elevar o metal fundido retido (MS) ao longo de uma passagem ascendente que é a passagem de endurecimento (L1) tendo pelo menos um componente ascendente.

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4. Aparelho de fundição livre, compreendendo:

um cadinho (10) no qual metal fundido (M) é contido, e caracterizado por um elemento de fornecimento de forma (111, 112) configurado para aplicar uma força externa ao metal fundido retido conduzido para fora de um nível de superfície do metal fundido (M) contido no cadinho (10) e retido temporariamente por uma película de superfície (F) gerada em uma superfície externa ou por tensão de superfície para moldar o metal fundido retido (MS) em uma forma, em que o aparelho de fundição livre pode ser usado para o método de fundição livre como definido na reivindicação 1.
5. Aparelho de fundição livre de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma fonte de acionamento (15) configurada para guiar um corpo de indução (14) tendo um sólido para induzir uma forma básica projetada para obter uma forma de peça fundida desejada ao longo de uma passagem de endurecimento (L1) dependendo da forma de peça fundida (C1) desejada a partir da superfície do metal fundido (M) no cadinho (10).
6. Aparelho de fundição livre de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um bico (13) usado para soprar fluido para uma superfície externa do metal fundido retido ou para uma superfície externa de um corpo formado (C1) obtido ao solidificar o metal fundido retido (MS).
7. Peça fundida (C1) caracterizada por ser obtida por meio do método de fundição livre como definido na reivindicação 1.
8. Peça fundida (C1) de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que possui estrutura solidificada direcional em que a estrutura solidificada é disposta direcionalmente.

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