CN108655365B - 用于不含涂层的低压永久模的方法和合金 - Google Patents

用于不含涂层的低压永久模的方法和合金 Download PDF

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Abstract

公开用于不含涂层的低压永久模铸造的方法和合金。所述方法包括：制备永久模铸造模具，所述模具沿模具表面不含模具涂层或润滑；制备永久模铸造合金；在低压下将所述合金推压到所述模具中；冷却永久模铸件并且从所述模具中移出所述铸件。一种合金具有4.5‑11.5重量％硅；最多0.45重量％铁；0.20‑0.40重量％锰；0.045‑0.110重量％锶；0.05‑5.0重量％铜；0.01‑0.70重量％镁；并且其余部分为铝。另一种合金具有4.2‑5.0重量％铜；0.005‑0.45重量％铁；0.20‑0.50重量％锰；0.15‑0.35重量％镁；0.045‑0.110重量％锶；最多0.50重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15‑0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝。

Description

用于不含涂层的低压永久模的方法和合金
技术领域
本申请属于冶金领域，并且更确切地说，涉及使用永久模铸造工艺来铸造金属物体。
背景技术
一般来说，铝铸件通过超过数种的铸造工艺来制造，其取决于经济考虑因素、质量要求和技术考虑因素。尽管存在多种专用铸造工艺，包括熔模铸造(也被称为失蜡法)、消失模铸造(lost foam casting)、离心铸造、石膏模铸造、陶瓷模铸造、挤压铸造、半固体铸造和其变化的slurry-on-demand铸造，三种主要铸造工艺为砂型铸造、永久模铸造和高压压铸。
砂型铸造使用隔热的砂型模具，使得冷却速率相对较为缓慢。由于微观结构特征的大小和机械特性之间存在反比关系，因此期望使微观结构特征，如粒径或铝枝晶臂间距相对较大来降低机械特性。由于这些特征和特性，铸件的质量被认为相对较低。在砂型铸造中可制造出数量在仅一个到数千个范围内的极小和极大，乃至数吨重的铸件。在大量生产的情况下，砂型铸造的成本最高，因为每次铸造都必须复制砂型模具。在低量生产的情况下，砂型铸造的每个部件的加工成本要比永久模铸造或高压压铸的加工成本低。
永久模铸造(无论重力或低压)使用含涂层的金属模或模具，以在钢模具和熔融铝合金之间提供屏障来控制和限制由熔融金属排出的热量。由于涂层的可变厚度，所述涂层通常会引起经涂布的模具中的铸件发生非化学粘着，需要在将铸件从模具取出时进行人为干预或监测。因此，不同于高压压铸，低压永久模工艺并非全自动的。在一些情况下，模具中的水管线用于控制和增加排热。可在给定温度和给定流动速率下提供水，或者可用油取代水。因此，当与砂型铸造的缓慢冷却速率相比时，永久模冷却速率明显要更高，产生具有较小粒径、较小铝枝晶臂间距和较高机械特性的优质铸件。在永久模铸造中，可产生数量为1,000到100,000个的高达100kg的中等大小的铸件。因此，每磅基础上的成本要低于砂型铸造，因为永久模制加工尽管成本高，但可用于制造出100,000个铸件或更多。用涂层涂布钢模以防止铸造工艺期间发生熔融合金焊接模具。模具上的涂层会在铸件上产生复制粗糙的不合需要的涂层的表面形态的镀层(surface finish)。这一粗糙镀层通常需要进行二级操作以获得更平滑的镀层。在低压永久模铸造中，在3-15psi范围内将熔融合金推压到模中。
永久模铸造(无论重力或低压)产生具有最高机械性的部件，因为其为准许进行低成本的充分T6热处理的唯一铸造工艺。这一溶液热处理会产生均质化微观结构，同时避免起泡。在高压压铸中，必须显著缩短溶液热处理时间并降低溶液热处理温度以避免由滞留的脱模剂或空气导致“起泡”。在砂型铸造中，相比之下，必须施加较长的溶液热处理时间和温度以均质化另外的粗糙微观结构并在溶液热处理和人工老化之后获得最高机械特性。然而，永久模铸造中的镀层与砂型铸造或压铸的表面平滑相悖，因为永久模铸造中的模具上的涂层会复制涂层的粗糙表面形态。
高压压铸使用未经涂布的模具并以高速将熔融金属注入模具空腔中，同时在固化期间强化对熔融金属的压力。部分地归因于扰流填充，但主要是由于抗模具焊接性所需的高铁含量(约1％)，压铸件的质量和压铸件的机械特性要小于永久模铸件和砂型铸件两者，即使粒径为较小的并且铝枝晶臂间距为较小的。高压压铸件通常为最多约50kg的小铸件。高压压铸的加工成本昂贵并且预计会制造出在10,000到100,000个范围内的大量铸件。因此，高压压铸件每磅的成本要小于永久模制件或砂型铸件。
结构性铝压铸件是指具有低铁含量的高压压铸件。在结构性铝压铸件中，通常使用高含量的锰来代替铁以提供抗模具焊接性。Silafont-36使用最多0.80％锰，而Aural-2和Aural-3两者使用最多0.60％锰。常规的铝业协会(Aluminum Association)登记的含铜压铸合金380、A380、B380、C380、D380、E380、381、383、A383、B383、384、A384、B384和C384全部都含有最多0.50％锰，并且被视为由废料制得的低质量合金。由于锰量过高，因此这些质量最低的压铸合金不可用作结构性铝压铸合金。通常认为锰是任何压铸合金中最重要的元素，因为锰决定铁含量，低于所述含量才不会形成Mn/Fe金属间化合物，其根据来自LennardBackerud,Guocai Chai,Jamo Tamminen的参考文献《铝合金的固化特征，第2卷-铸造合金 (Solidification Characteristics of Aluminum Alloys,Vol.2-Foundry Alloys)》,1990AFS Book的Al-Si-Fe-Mn四元相图。在0.1％锰下，铁应小于0.7％以避免发生降低机械特性，尤其延展性的金属间化合物的初级沉淀。因此，为了避免发生金属间化合物的初级沉淀，在0.2％Mn下，铁应小于0.6％；在0.3％Mn下，铁应小于0.5％；在0.4％Mn下，铁应小于0.4％；在0.5％Mn下，铁应小于0.3％；在0.6％Mn下，铁应小于0.2％；在0.7％Mn下，铁应小于0.1％；并且最后在0.8％Mn下，铁应小于0％，即不可能含铁。上文提到的常规压铸合金中没有一种满足避免发生金属间化合物的初级沉淀的锰和铁要求。此外，这意味着0.8％Mn下具有呈0.12％Fe(极低)的关于铁的铝业协会规格限值的Silafont-36将仍会沉淀金属间化合物而使延展性有所降低。然而，0.6％Mn下具有呈0.25％的关于铁的铝业协会规格限值的Aural-2和Aural-3发生沉淀金属间化合物的倾向可能要比Silafont-36小，因为当Mn为0.6％时，避免发生初级沉淀的铁限值要小于0.20％。
高压压铸的这一模具焊接解决方案对低压永久模铸造工艺并不起作用。这是因为专门地用于高压压铸中的抗模具焊接性的铁和/或锰(处于高达1.3％和2％的体积含量下)，不可用于较为缓慢的冷却、低压永久模铸造工艺中的抗模具焊接性，因为初级沉淀的金属间化合物在固化期间将变得比在压铸中更大并对降低机械特性具有更为显著的影响。
发明内容
已发现，浓度为铁或锰任一种的十分之一的锶会提供等效于铁或锰任一种的抗模具焊接性。在这一方面，参见美国专利第7,347,905号和第7,666,353号，所述专利以引用的方式并入本文中。如果铁小于0.45％，那么依赖于呈0.05到0.08％的锶来抗模具焊接并具有范围介于0.25％到0.35％的锰的此类结构性铝压铸合金，如合金367、368和362在任何条件下在固化时都不会沉淀初级金属间化合物。
本申请涵盖用于不含涂层的低压永久模铸造的方法和合金。用于低压永久模铸造金属物体的方法包括制备永久模铸造模具的步骤。永久模铸造模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑。不需要此类模具涂层或润滑是因为发现本发明合金并未焊接于永久模铸造模具并且甚至可推压穿过永久模铸件的薄壁区而不需要润滑。所述方法接下来涵盖制备具有以下的Al-Si永久模铸造合金：4.5-11.5重量％硅；最多0.45重量％铁；0.20-0.40重量％锰；0.045-0.110重量％锶；0.05-5.0重量％铜；0.01-0.70重量％镁；并且其余部分为铝。在一些实施例中，合金可以进一步包括最多高达0.50重量％镍。在其它实施例中，制备永久模铸造合金的步骤涵盖制备具有以下的Al-Cu永久模铸造合金：4.2-5.0重量％铜；0.005-0.45重量％铁；0.20-0.50重量％锰；0.15-0.35重量％镁；0.045-0.110重量％锶；最多0.50重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15-0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝。
所述方法接下来涵盖在低压下将合金推压到永久模铸造模具中。可在3-15psi压力范围内将合金推压到永久模铸造模具中。在低压下将合金推压到永久模模具中的步骤用以形成永久模铸件。所述方法涵盖冷却永久模铸件并且从永久模模具中移出永久模铸件。在从永久模模具中移出永久模铸件的步骤中，永久模铸件并未焊接于永久模模具。通过本申请方法产生的永久模铸件的表面粗糙度为±500微英寸或更好。本申请方法还涵盖以下步骤：在从模具中移出铸件的步骤之后热处理所述铸件。所述方法进一步涵盖，冷却永久模铸件的步骤可进一步包含固化合金而不会形成初级金属间化合物，如Al5FeSi或Al15(MnFe)3Si2。
本申请方法可用于形成L型托架或具有一体式防溅板的齿轮箱外壳的永久模铸件以及各种其它复杂的永久模铸件。为此，本申请方法的一个实施例涵盖以下步骤：制备永久模铸造模具，制备具有至少一个薄壁区的永久模铸造模具。在实施例的方法中，将合金推压到永久模铸造模具中的步骤包括在合金固化之前将合金推压到薄壁区中。
本申请还涵盖并未焊接于永久模模具，不会形成初级金属间化合物并且可用于不含模具润滑剂或涂层的永久模铸造模具中的用于永久模铸造工艺的独特合金。在一个实施例中，永久模铸造合金为基本上由以下组成的Al-Si合金：4.5-11.5％硅；最多0.45重量％铁；0.20-0.40重量％锰；0.045-0.110重量％锶；并且其余部分为铝。在另一实施例中，合金可进一步由0.05-5.0重量％铜组成。在又一个实施例中，合金可进一步由0.10-0.70重量％镁组成。在又一个实施例中，合金可进一步由最多0.50重量％镍组成。在再一实施例中，合金可进一步由最多4.5重量％锌组成。
涵盖另一种永久模铸造合金，这种合金为基本上由以下组成的Al-Cu永久模铸造合金：4.2-5.0重量％铜；0.005-0.15重量％铁；0.20-0.50重量％锰；0.15-0.35重量％镁；0.045-0.110重量％锶；最多0.05重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15-0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝。
本申请所涵盖的所有合金都未焊接于永久模模具，尽管事实上永久模铸造模具上未提供有模具润滑剂或涂层。此外，在冷却这些合金期间不会形成金属间化合物，确切地说，不会形成Al5FeSi或Al15(MnFe)3Si2。
附图说明
参照以下图式描述本公开。贯穿图式使用相同数字指代相同特征和组件。
图1是使用传统的低压永久模铸造工艺制得的L型托架的照片，在所述工艺中，使用涂层或润滑来涂布模具空腔。
图2是使用本申请的新型低压永久模铸造工艺制得的L型托架的照片。
图3是以并排比较方式比较图1和2的L型托架的照片。
图4是图3的近距照片。
图5是根据本申请制造的L型托架的表面粗糙度测量结果。
图6是根据本申请制造的L型托架的表面粗糙度测量结果。
图7是根据本申请制得的L型托架的表面粗糙度测量结果。
图8是使用在模具空腔中含涂层或润滑剂的传统的低压永久模铸造制得的L型托架的表面粗糙度测量结果。
图9是使用在模具空腔中含涂层或润滑剂的传统的低压永久模铸造制得的L型托架的表面粗糙度测量结果。
图10是根据本申请方法制得的具有一体式薄防溅板的齿轮箱外壳的侧视图。
图11是图10的齿轮箱外壳的底视图照片。
图12是利用使用模具涂层或润滑剂的传统的永久模铸造工艺制得的具有一体式薄防溅板的齿轮箱外壳的侧照相视图。
图13是图12的齿轮箱外壳的底视图。
图14是铝-锰-铁-硅四元系统的一系列相图。
具体实施方式
本发明人已发现测定永久模模具何时发生焊接或不发生焊接的式。所述式为：
(10[Sr]+Mn+Fe)>1.1
式的结果在本文中被称为“模具焊接系数(die soldering factor)”。如果模具焊接系数小于1.1，那么预期会发生模具焊接；反之，如果模具焊接系数大于1.1，那么预期不会发生模具焊接。
在应用中，合金367和368具有中点为0.065％的范围介于0.05％到0.08％的锶(Sr)；中点为0.30％的范围介于0.25％到0.35％的锰(Mn)；和中点为0.125％的范围介于0％到0.25％的铁(Fe)。应用所述式得到([10]0.065+0.30+0.125)＝1.075。将数字1.075四舍五入为1.1，表明无模具焊接。
本发明人已发现，模具焊接系数可用于将永久模合金转化成具有在固化时不会沉淀初级金属间化合物的抗模具焊接性的含锶永久模合金。出乎意料地，在模具上不含涂层的低压永久模铸造工艺中可铸造出此类合金。不存在涂层会准许较快的冷却速率，其会增加机械特性；促进较短的循环时间，其会降低制造成本；并且提供复制未经涂布的模具表面形态而不复制涂层的极粗糙表面形态的光滑得多的表面镀层。
当通过在0.045-0.110范围内的低含量锶提供抗模具焊接性时，传统上提供抗模具焊接性的两种元素，铁和锰的总体体积浓度水平可有所降低，最终有益于合金的机械特性。锰是本发明的意外发现的关键元素，因为锰决定铁的确切浓度，小于所述浓度，将不会形成初级Mn/Fe金属间化合物。大于这一浓度的话，会沉淀金属间化合物并降低机械特性，尤其延展性。
在合金是由具有0.2％铁和最多0.1％锰的A356制得的应用中，除非锶处于其上限0.08％下，否则将会发生模具焊接。对于铁的规格上限为0.4％的合金362来说，在相同条件下，当锶小于其中点值时，将会发生模具焊接。然而，对于合金367或368任一种来说，在铁含量呈0.2％，并且锰呈其中点值的情况下，当锶等于或高于其0.05％的规格下限时，将不会发生模具焊接。当Silafont-36的锰的规定上限处于0.80％并且铁的上限处于0.12％时，并且如果共晶硅未经锶改性，那么方程式的值得到0.92的模具焊接系数，并且预期会发生模具焊接。此外，锰限值为0.6％并且铁限值为0.25％的Aural-2和Aural-3的模具焊接系数为0.85。因此，如果共晶硅未经改性，那么预期会发生模具焊接。为了对共晶硅进行改性，可将0.03％锶添加到Silafont-36、Aural-2和Aural-3中，三种合金的模具焊接系数增加0.3并且Silafont 36被调到1.22，并且Aural-2和Aural-3被调到1.15，避免在永久模铸件中发生模具焊接。
现参考表1，其中表列出了2008年2月标题为“呈铸件和铸锭形式的铝合金的名称和化学组成限定(Designations and Chemical Composition Limits for AluminumAlloys in the Form of Castings and Ingots)”的粉色名单(pink sheet)中列出的全部铝业协会永久模合金。所列出的锰浓度规定铁含量(小于所述铁含量才不会形成初级金属间化合物)并影响合金的延展性。得到模具焊接系数的值并且如前文所述，等于或大于1.1的值表明不存在模具焊接。尽管高铁含量(即0.6重量％或更大，并且优选地0.45重量％或更大)未引起模具焊接，但高铁量会引起较差延展性并且并非最佳解决方案。
表1永久模候选合金和其模具焊接系数值
Figure GDA0002918335070000061
使用表1中所有Mn含量的最大值来计算模具焊接系数。
在下表2中，已将表1中相同合金的锰含量调整到0.25-0.35％范围，继而将铁值调整到最大值0.45％。因此，在所添加锶处于其0.05-0.08优选范围的中点值0.065，锰处于其0.25-0.35范围的中点值0.30并且出于较好的延展性，铁处于0.40的保守限值的情况下，模具焊接系数的值为(10[0.065]+0.30+0.40)＝1.35。应注意，锶的优选范围是0.05到0.08重量％，但可相容的Sr范围是0.045到0.110重量％。表2中的合金为添加有0.045到0.11重量％锶的特别地鉴别的不含涂层的低压永久模铸造的合金。
表2在固化时不会沉淀初级金属间化合物的具有抗模具焊接性的新型永久模合金
Figure GDA0002918335070000062
Figure GDA0002918335070000071
表2中的模具焊接系数是使用Mn的下限值来计算得到的。
如所提到，锰是使用未经涂布的金属模具的任何合金中的重要元素，因为锰规定铁含量，小于所述铁含量才不可能形成不利的Al5FeSi和AL15(MnFe)3Si2的初级金属间化合物，其根据图14的Al-Si-Mn-Fe相图。
确定最佳的热处理条件(即，铸态(as cast)、T5、T6或T7)和最佳的机械特性(即，极限强度、屈服强度或伸长率)以随后评定含有和不含涂层的低压永久模铸造工艺之间的差异。回顾ASM专用手册“铝和铝合金(Aluminum and Aluminum Alloys)”第一次印刷：1993年12月，表14，第113和114页中的机械特性，其表明“铸态”伸长率是一种可接受的量度。根据所述参考文献的表14，表列出下表3。
表3
Figure GDA0002918335070000081
选定“铸态”条件，因为其接近(但并不始终接近)最高伸长率值，而其它温度条件一般具有较低伸长率。
参考图1和2，具有实体靠背和两个杆体的座椅L型托架如所展示。图1是在含普通涂层的低压永久模铸造中制得，并且图2是在不含涂层的低压永久模铸造中制得。明显图2具有优良美观性。图3和4显示较高放大倍数下的图1和2的L型托架，其中两个L型托架并列。左边是在不含涂层的情况下制得的L型托架，并且在不含涂层的情况下制得的L型托架明显展现出优良美观性。
相应镀层的平滑度用图5-9的表面粗糙度来量化。图5-7测量出呈±500微英寸或更低的未经涂布的L型托架模具的表面粗糙度，同时经涂布的模具展现出呈±2200微英寸Ra的表面粗糙度，如由图8-9所展示。这意味着未经涂布的模具产生要好几乎五倍的表面镀层，如图5-9的表面扫描所指示。更确切地说，对于未经涂布的L型托架模具，图5和图6具有在+300微英寸Ra和-300微英寸Ra之间的范围，而图7具有在+250微英寸Ra和-250微英寸Ra之间的范围。对于经涂布的L型托架模具，图8具有在+1,000微英寸Ra和1,200微英寸Ra之间的范围，并且图9具有在+1,200微英寸Ra和-1,300微英寸Ra之间的范围，展现出比未经涂布的模具结果要明显粗糙的镀层。因此，由本申请的方法和合金获得的铸件的表面粗糙度为±500微英寸Ra或更好。
因此，通过在永久模铸造中从模具中移出涂层同时改进机械特性，本申请会改进永久模铸件的表面美观性和以低作用力从模取出铸件的能力。后一种特征使得根据本申请的低压永久铸造工艺作为较低成本的铸造工艺而为全自动的，其对于含涂层的情况为不可能的，因为存在非化学粘着问题。这是完全可能的，因为利用的是由低含量锶，而非高含量铁和锰提供的具有抗模具焊接性的永久模铸造合金。当铁和锰以0.6％和0.8％的体积含量在结构性铝压铸件中，并且以1.0％或更多在常规高压压铸中用于抗模具焊接性时，含有降低延展性和抗冲击特性的这些元素的化合物在微观结构中是可见的。在永久模铸造的较慢冷却速率下，铁和锰化合物变得比在压铸中更大并对机械特性的破坏更大。相比之下，添加呈0.05％到0.08％的锶不会在微观结构中产生含有锶的可见化合物，并且因此成为在模具上不含涂层的低压永久模铸造中提供抗模具焊接性的理想元素。此外，通过从永久模模具去除涂层，铸件冷却得更快，将永久模铸件的高机械特性增加到甚至更高的程度并增加循环时间，由此降低永久模铸件的制造成本。
从用于测试“铸态”机械特性的图1和2中所展现的L型托架切出八英寸长×3/4英寸宽的平坦全厚度杆体(1/2英寸厚)和半厚杆体(1/4英寸厚)，其具有含有“铸态”表面的单侧[即8"×3/4英寸侧]。合金367中具有2"标距的这两种类型的拉伸试样的“铸态”机械特性在下表4中列出。
表4
Figure GDA0002918335070000091
未经涂布的模具的“完全平坦”样品和“单侧表层平坦”样品两者都具有比经涂布的模具的样品要高的UTS、伸长率和质量指数值。平均数的平均值指示未经涂布的模具产生要比经涂布的模具高15％的UTS、相等的屈服强度、高57％的伸长率和高22％的质量指数[其中质量指数＝UTS[以MPa为单位]+150log(伸长率)]。
除以上外，各从图1和2的“铸态”11/4英寸厚设定区切出六个圆形拉伸杆体(直径为0.5并且标距为2")。机械特性在表5中列出。
表5圆形样品的拉伸特性
Figure GDA0002918335070000101
使用史都登氏t分析(Student’s t-analysis)，其测定极限拉伸应力的计算出的t值为2.418。对于自由度＝6+6-2＝10，表5中的数据的表t值为2.228。因此，由于计算出的2.418的t值大于自由度为10的2.228的表值，所以我们得出结论，从具有相同平均值和相同标准差的两个群选择的概率显著小于5％，表明这一结果具有统计学意义。因此，使用未经涂布的模具与经涂布的模具之间的差别足以保证未经涂布的模具提供较好机械特性的结论。
针对合金367(9.1重量％Si、0.06重量％Sr、0.20重量％Fe、0.13重量％Cu、0.31重量％Mn、0.49重量％Mg)，由在模具含涂层和不含涂层情况下的L型托架获得的具有0.5"直径和2"计量长度的拉伸试样的一般机械特性在表6中列出。司徒登氏t测试指示含涂层和不含涂层情况下的相对极限拉伸强度在针对T61和T62热处理的5％显著性水平下是相当大的。反之，仅针对T62热处理的含涂层和不含涂层情况下的相对屈服强度在5％显著性水平下是相当大的。因此，当去除涂层时，强度特性呈现为较高的。
表6在含涂层和不含涂层的情况下制得的合金367的机械特性
Figure GDA0002918335070000102
Figure GDA0002918335070000112
测量合金362(11.5重量％Si、0.07重量％Sr、0.41重量％Fe、0.10重量％Cu、0.69重量％Mg)和不合规格的319合金(4.5重量％Si、0.05重量％Sr、0.45重量％Fe、3.9重量％Cu、0.40重量％Mn、0.14重量％Mg)的这些相同机械特性，得到表7中的类似结果，但五个试样平均数来自所选取的杆体，所述杆体各来自五个分开的L型托架座椅，其中杆体表面具有L型托架的铸态表面。当去除涂层时，较快冷却速率和较平滑表面镀层促成样品的较高机械特性。
表7在含涂层和不含涂层的情况下制得的合金362和319的机械特性
Figure GDA0002918335070000111
现参考图10和11，在模具上不含涂层的情况下制造针对具有一体式防溅板的齿轮箱外壳的低压永久模铸件。这些部件中具有垂直于厚壁区的薄壁区，并展现复杂部件构造可在模具上不含涂层的情况下在低压永久模中制得。图10和11为在模具上不含涂层的情况下在低压永久模铸造工艺中制得的35磅具有一体式防溅板的齿轮箱外壳。图12和13为在模具上含常规涂层的情况下在低压永久模中制得的具有一体式防溅板的类似齿轮箱外壳，并且显而易见的是，当与图10和11中在不含涂层的情况下制得的齿轮箱外壳相比时，铸件表面镀层更粗糙并且颜色更暗淡。从模具取下涂层，其在常规上预期会在低压永久模铸造工艺的静态的缓慢填充期间从熔融金属排出大量热量，但出乎意料地，却并未阻止模具的填充，甚至垂直于较厚区的薄窄区，之后开始固化。由于预期会发生模具焊接，因此常规上，行业不赞成甚至试图去除模具涂层。实际上，这是当前永久模铸造工艺的问题所在，在所述工艺中，为了避免预期的模具焊接，必须再涂布从模具剥离的涂层段。由于这一预期的模具焊接问题，因此当从模具剥离涂层段时，所属领域的普通技术人员将不会特意地去除涂层全部。
另外，锶以浓度比铁或锰低十倍起作用并提供等效于或优于铁或锰的抗模具焊接性，准许锰的范围介于0.25-0.35重量％并需要铁含量低于0.45％以避免初级金属间化合物的沉淀，使这一新颖的未经涂布的永久模模具新工艺为可使用的。
因此，公开一种用于低压永久模铸造金属物体的方法。所述方法涵盖制备永久模铸造模具，所述模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑。对于用于保护免遭由熔融合金导致的模具焊接的钢永久模模具上的机械粘结的屏障涂层的需要在本申请的情况下根本上说不再需要。此外，不存在此类机械粘结的屏障涂层还会引起不存在隔热，进而缩短固化工艺的循环时间。所述方法随后涵盖制备永久模铸造合金。在一个实施例中，永久模铸造合金基本上由以下组成：4.5-11.5重量％硅；0.005-0.45重量％铁；0.20-0.40重量％锰；0.045-0.110重量％锶；并且其余部分为铝。在另一实施例中，合金进一步由0.05-5重量％铜组成。在又一个实施例中，合金进一步由0.10-0.70重量％镁组成。在又一个实施例中，合金进一步由最多0.50重量％镍组成，在再一实施例中，合金进一步由最多4.5重量％锌组成。在又一个实施例中，所述合金可为基本上由以下组成的铝永久模铸造合金：4.2-5.0重量％铜；0.005-0.15重量％铁；0.20-0.50重量％锰；0.15-0.35重量％镁；0.045-0.110重量％锶；最多0.05重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15-0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝。
本申请方法涵盖在低压下将制备的合金推压到永久模铸造模具中以形成永久模铸件。压力可在3-15psi范围内。随后，所述方法涵盖冷却永久模铸件并且从模具中移出永久模铸件。在某些实施例中，在从模具中移出铸件的步骤之后增加热处理所述铸件的步骤。本发明方法涵盖在模具上不含涂层或润滑的低压永久模铸造工艺。由于不存在润滑涂层，铸造产物不会粘附或粘着于模具，可用低作用力将其去除。这准许本申请方法为全自动的，因为不需要人为干预来添加涂层或从模具中移出铸件。因此，制备永久模铸造模具、制备合金、将合金推压到永久模模具中、冷却永久模铸件、热处理铸件或从永久模模具中移出铸件的步骤中的一个或多个可为全自动的。在某些实施例中，整个方法是全自动的，而在其它实施例中，所选步骤为自动的。
当利用本申请方法时，永久模铸件焊接于永久模模具。此外，铸件的表面粗糙度为±500微英寸Ra或更低。此外，冷却永久模铸件的步骤涵盖固化合金而不会形成初级金属间化合物，如Al5FeSi或AL15(MnFe)3Si2。所述方法可用于形成简单或复杂的永久模铸件。如前文所述，所述方法可用于形成L型托架或具有一体式防溅板的齿轮箱外壳。
在其中本发明方法用于形成复杂铸件，如具有至少一个薄壁区的铸件的情况下，将合金推压到永久模铸造模具中的步骤包括在合金固化之前将合金推压到薄壁区中。
在本公开中，出于简洁、清晰和理解使用了特定术语。不应由其推断超出现有技术要求的不必要的限制，因为这些术语仅是用于描述目的并且希望得到广义的解释。可单独或与其它设备组合使用本文所述的不同设备。在所附权利要求书的范围内，各种等效物、替代方案和修改是可能的。只有在相应限制中明确列举了“用于……的装置”或“用于……的步骤”这些术语时，所附权利要求书中的每项限制才希望援引35U.S.C.§112第六段的解释。

Claims (18)

1.一种用于不含涂层的永久模模具的铝-硅永久模铸造合金，包括：4.5-11.5重量％硅、0.45重量％铁、0.20-0.40重量％锰、0.045-0.11重量％锶，并且其余部分为铝，其中所述铝硅永久模铸造合金并未焊接于所述永久模模具，其中用于不含涂层的永久模模具的所述铝-硅永久模铸造合金在任何条件下在固化时都不沉淀初级锰-铁金属间化合物。
2.根据权利要求1所述的铝-硅永久模铸造合金，进一步由0.05到5重量％铜组成。
3.根据权利要求1所述的铝-硅永久模铸造合金，进一步由0.10到0.7重量％镁组成。
4.根据权利要求1所述的铝-硅永久模铸造合金，进一步由最多0.50重量％镍组成。
5.根据权利要求1所述的铝-硅永久模铸造合金，进一步由最多4.5重量％锌组成。
6.一种用于低压永久模铸造金属物体的方法，所述方法包含：
制备永久模铸造模具，所述模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑；
制备永久模铸造合金，所述合金具有4.5-11.5重量％硅、0.45重量％铁、0.20-0.40重量％锰、0.045-0.110重量％锶、0.05-5重量％铜、0.10-0.7重量％镁，并且其余部分为铝；
在低压下将所述合金推压到所述永久模铸造模具中以形成永久模铸件；
冷却所述永久模铸件；以及
在不用力的情况下从所述永久模铸造模具中移出所述永久模铸件；
其中所述永久模铸件并未焊接于所述永久模铸造模具，并且在固化时没有初级锰-铁金属间化合物；并且
其中所述铸件的表面粗糙度为±500微英寸Ra。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述合金包括最多0.50重量％镍。
8.根据权利要求6所述的方法，其中在从所述模具中移出所述铸件的步骤之后增加热处理所述铸件的步骤。
9.根据权利要求6所述的方法，其中冷却所述永久模铸件的步骤还包含固化所述合金而不形成初级金属间化合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述初级金属间化合物为Al5FeSi或Al15(MnFe)3Si2。
11.根据权利要求6所述的方法，其中所述永久模铸件为L型托架。
12.根据权利要求6所述的方法，其中所述永久模铸件为具有一体式防溅板的齿轮箱外壳。
13.根据权利要求6所述的方法，其中制备永久模铸造模具的步骤包括制备具有至少一个薄壁区的永久模铸造模具。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述合金推压到所述永久模铸造模具中的步骤包括在所述合金固化之前将所述合金推压到所述薄壁区中。
15.根据权利要求6所述的方法，其中所述方法为全自动的。
16.一种用于低压永久模铸造金属物体的方法，所述方法包含：
制备永久模铸造模具，所述模具沿模具铸造表面不含模具涂层或润滑；
制备永久模铸造合金，所述合金具有4.2-5.0重量％铜；0.005-0.15重量％铁；0.20-0.50重量％锰；0.15-0.35重量％镁；0.045-0.110重量％锶；最多0.05重量％镍；最多0.10重量％硅；0.15-0.30重量％钛；最多0.05重量％锡；最多0.10重量％锌；并且其余部分为铝；
在低压下将所述合金推压到所述永久模铸造模具中以形成永久模铸件；
冷却所述永久模铸件；以及
在不用力的情况下从所述永久模铸造模具中移出所述永久模铸件；
其中所述永久模铸件并未焊接于所述永久模铸造模具；并且
其中所述铸件的表面粗糙度为±500微英寸。
17.根据权利要求16所述的方法，其中在从所述永久模铸造模具中移出所述铸件的步骤之后增加热处理所述铸件的步骤，并且制备、推压、冷却、热处理和移出的步骤为全自动的。
18.根据权利要求16所述的方法，其中制备永久模铸造模具的步骤包括制备具有至少一个薄壁区的永久模铸造模具，并且其中将所述合金推压到所述永久模铸造模具中的步骤包括在所述合金固化之前将所述合金推压到所述薄壁区中。
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