CN1049991A - 金属制品的去泡沫压力铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属制品失泡沫压力铸造方法。该 方法包括：在铸型充满溶融金属之后，金属的凝固率 达到40％(重量分数)之前，将一个取值在1.5— 10MPa之间的一个均衡的气压施加到铸型/金属 上。本发明用于铸造制品，特别是铝合金制品，能改 善机械性能，特别是好的抗疲劳性能。

Description

本发明涉及金属制品，特别是铝和铝合金制品的去泡沫压力铸造方法。

熟悉本领域技术的人员知道（特别是从USPNO.3157924中可知），可以采用将聚苯乙烯泡沫模型埋入到由干砂制成的不含粘结剂的铸型中来进行铸造。在该过程中，先将待铸造的金属熔化、然后借助于横过型砂的通道将液态金属浇入铸型与模型接触，并逐渐地燃烧模型，使泡沫转变成气化物从砂粒间逸散，这样，浇入的金属则逐渐取代了模型。

因为该方法避免了进行压实和烧结粉末状的耐火材料及用相当复杂的方式将刚性的铸型经通道与型芯相连这一初始制造过程，并且可以简单地回收铸件，容易地进行造型材料的再循环，因此，该方法在大规模生产中被证明是彼具吸引力的。

但是该方法有两个不利的因素：

-相对迟缓的凝固过程会促使吸出针孔的形成;

-如果部件的轮廓使补缩变得复杂的话，热梯度的相对薄弱可能引起显微收缩。

为了克服这些缺陷，申请研制了一种去泡沫的铸造方法，它构成了法国公开号2606688专利申请的主题。

该申请所公开的是，在熔化金属已经充满铸型之后，也即当模型已经完全由熔融金属破坏，并且由泡沫所产生的气化物已经排空时，将均衡的气压施加到铸型和金属上，最好是在金属开始凝固以前施加。该所施加的压力随着时间而增加，以避免金属的渗透现象，其最大值在小于15秒的时间内达到。

在这些条件下，可使铸件的密度得到提高，机械性能得到改善，特别是强度。

然而，申请人认为，在该申请中最好使用0.5至1.5MPa之间的最大压力，并且不要超出后者的极限。

事实上，在经过了多次探索性的研究之后我们注意到：如果压力进一步增加，不仅仅是机械性能，如断裂强度Rm屈服应力LE和延伸率A会改善，而且抗疲劳性能也会改善。

因此，本发明包括对金属制品，特别是铝和铝合金制品去泡沫的压力铸造方法，在该方法中，将待铸造制品的有机泡沫模型埋入铸型中，该铸型的壁由不含粘结剂材料的平砂池限定，在铸型中浇入熔融的金属以取代泡沫，金属逐渐凝固，在完成了填注金属的最初期，将一个在增加的均衡的气压同时施加到铸型和金属上，其特征在于所施加的压力增加到1.5～10MPa之间的一个数值。

因此，本发明包括施加1.5-10MPa的压力，最好是施加5～10MPa之间的压力。

就法国专利申请NO.2606688来说、压力可以借助于一个密封箱来施加，铸型放入该密封箱中。所说的密封箱具有分布在箱壁上的一个或多个喷咀，将它们连接到气压源上。

申请人已经发现，在所选择的压力范围中，按照本申请所施加的压力与按照先有技术所施加的压力产生的效果相比，是相当不同的。

实际上，在0.5-1.5MPa之间的压力主要用于当固体网状组织已经达到一定的发展阶段时，加速正在凝固金属的树枝状晶体和外观截止区（effectstops）之间的熔融金属的流动，这就是低压能使冒口有效防止由于正在凝固的金属的收缩而产生收缩现象的原因。

另一方面，熔融金属的流动效应（熔融金属在凝固开始时是占大多数的）逐渐被已经凝固的金属网状组织的热变形效应所取代，在压力高于1.5MP时，特别是压力高于5MP时、这种现象成为主要的现象，之后，当凝固率达到大约50-70%时（其取决于铸造合金的类型）则其是独有的现象。因此，使用高压产生了一种等压锻造，它影响铸件的整个表面。

附图1是按照本发明在7MPa的压力下进行A-S7G03合金铸造然后进行热处理的显微照片，该照片显示了作用在树枝状网状组织上的塑性变形（这种变形具有填充孔隙的作用），并很好地示出了金属在该过程中所经受的锻造效应。

我们已经发现，在这些条件下，金属制品的机械性能，特别是抗疲劳性能具有实质性的改变，高于10MPa的压力只能产生非实质的变化。

这种新的压力范围最好在已凝固的金属量达到40%之前施加，以使该压力可作用在金属液流上。

所施的压力最好在凝固金属的量超过90%以前达到最大值，以便可以从变形的作用中得到全部的益处。

就法国专利申请NO.2606688来说，所施加的压力最好逐渐增加，特别是在凝固开始的时候，以防止“金属渗透”（机械粘砂）现象，这种现象起因于直接施加到金属上的压力与干砂池施加到金属上的压力之间的不平衡。实际上，在与砂子相接触的金属区域，推动金属穿过砂粒并使铸件产生变形趋势的压力在传递过程中砂池使之产生相当大的损失。

本发明可以由下列实施例来说明。

将外径为45mm、厚度为4mm并且包括连接肋及20×20×80mm凸台的空心圆柱体用原来的工艺进行铸造，然后再用本发明的方法进行铸造，也就是说，把相当于等于大气压、1MPa、5MPa和10MPa的均衡气压在凝固刚刚开始之前分别地施加到内有铸型的腔室的内部。

这些壳体（空心圆柱体）由两种具有高机械性能的合金来制造：

-A-S7G03，其成分（百分含量）为：铁0.20;硅6.5-7.5;铜0.10;锌0.10;镁0.25-0.40;锰0.10;镍0.05;铅0.05;锡0.05;钛0.05-0.20;其余为铝;

-A-U5GT，成分为（%）：铁0.35;硅0.20;铜4.20-5.00;锌0.10;镁0.15-0.35;锰0.10;镍0.05;铅0.05;锡0.05;钛0.05-0.30;其余为铝。

所述的壳体进行常规的热处理之后（对于A-S7G03进行Y23热处理，对A-U5GT进行Y24热处理），再进行力学性能测试，下列机械性能可以作为施加压力的效应。

-对于A-S7G03来说，质量指（系）数Q以MPa为单位，相应的表达式为Q＝R+150logA，其中，R为强度，以MPa为单位，A是制品厚与薄区域的延伸率，以%表示。

-对于A-U5GT来说，屈服应力LE以MPa为单位，强度R以MPa为单位，A为厚、薄区域的延伸率，以%表示。

此外，对每种金属和每个所施加的压力，以阶梯法（staircase  method）在加工的样品上进行10周的抗扭试验测量抗疲劳强度F（以MPa为单位）。F的测定既要在薄的区域也要在厚的区域，因为它不取决于凝固的速率，而是取决于孔隙率（缩松）并从而取决于所施加的压力。

试验结果由下表给出。

Claims (4)

1、一种用于金属制品，特别是铝和铝合金制品的去泡沫压力铸造方法，在该方法中，将待铸造制品的一个有机泡沫模型埋入一个铸型中，该铸型的壁由不含粘结剂的干砂池限定，用液态金属充填所述的铸型，金属取代泡沫(模型)并逐渐凝固，一个正在增加的均衡的气压在浇注完毕的最初期同时施加到铸型和金属上，其特征在于，所施加的压力升高到1.5到10MPa之间的一个值。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所施加的压力升到5至10MPa之间的一个值。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的压力最迟在金属的凝固量（重量分数）达到40%时施加。

4、按照权利要求1的方法，其特征在于，所施加的压力在凝固的金属量超过90%（重量分数）之前达到最大值。