CN1256982A - 制造具有触变特性合金铸件的压铸方法 - Google Patents

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Abstract

一种制造具有触变特性合金铸件的方法,按这种方法,对被封闭起来的一批熔体在一处理腔室(4)内进行处理,直到均匀的金属悬浮液(13)达到具有粒化的初生晶体的状态。该处理腔室(4)借助于一熔体导管(2)和一铸造过道(3)与熔体容器(1)连通,并通过铸造过道(6)与铸造腔室(5)相应地连通。该处理腔室(4)同时设有一配量活塞(7)。为了在配量过程中不将较多的空气量带入铸造腔室(5),压铸模(14)在熔体配量过程中不脱离铸造腔室(5),金属悬浮液只通过配量冲模(7)相应的运动被输送到铸造腔室(5)。

Description

制造具有触变特性合金铸件的压铸方法
本发明涉及利用预先规定的一批熔体配量，通过一个带有铸造活塞的铸造腔室和压铸模制造具有触变特性合金铸件的方法。按这种方法，在熔体中生成的初生晶体发生粒化，而预先规定的一批熔体被冷却，在电磁场中混合，并在半凝固状态加压。
铸件的特性可以看成是相对迅速完成熔体中结晶过程的结果，结晶过程的发生对每种合金是各不相同的，但都是在已知的“液相-固相”温度范围内进行的。而在这一温度范围内，不仅构成了晶体的“晶骸”，而且也是此方法的一个步骤—与过热-液相温度的温度范围一道—在构成铸件结晶组织的过程中，熔融金属中存在的疵点也被压入到铸件的结晶组织中，这些疵点在凝固之后将成为铸造缺陷显露出来。主要问题是气孔性、显微缩孔、偏析及其物理-化学的和结构的不均匀性。因此，根据行之有效的结晶理论，与选择和保持结晶条件结合，仅在过热-液相温度的温度范围内才可能影响铸造质量。
从在指定的温度范围内完成结晶过程不受损坏的观点看来，对质量上得到改善的铸件的观察研究清楚地表明，随意改变、损伤和过程的短时间停止都会导致最终结果的恶化。由此得出的先验结论是，只有对密闭的结晶量才能保持选择的结晶条件。对于具有触变特性的合金铸件而言，这一估计具有根本的意义。虽然在“液相-固相”温度范围内完成了具有流变特性物质的铸件成型，但这种物质仍能明显地显现出来，并在组织形态上保持其反映材料实际潜能的全部加工特点。
本文开头所述那种类型的方法已在EP 0,733,421 A1中发布。这种方法导致在预先规定的一批熔体中生成的初生晶体发生粒化，对该批熔体进行加工，利用冷却和搅拌使具有触变特性的浇铸组织成型，将半凝固状态的熔体填入压铸模。
人们还知道，所谓的半凝固状态就是用铸勺注入铸造腔室后，熔体在铸造腔室内进行加工的结果。出现在铸造腔室内所有的悬浮液应当分层地和在压力作用下流入压铸模。
对此曾断言：进入熔体的气体量是很小的。
但是，建议采用的解决办法与普遍公认的理论和实际做法相矛盾。
如果用铸勺将熔体装入铸造腔室，则下落的流动钢水不是产生层流，而是产生涡流，涡流先是发生外部冷却，继而生成混合物。一方面，为了用铸勺把熔体装入铸造腔室，必须使铸造腔室退出压铸模，而另一方面，同一批熔体又不可能实现连续的工艺处理阶段，这就是该方法的最大缺点。
首先，上述铸造腔室的装入方式会导致气体进入熔体，在铸件中造成多气孔的结果。
其次，由于铸造腔室仅能有条件地根据处理方式进行布置，悬浮液不能达到要求的均匀状态。
第三，固相的出现及其在熔体中的均匀分布不能处在控制下。这一点对于铸造过程具有特殊意义，并且，其固相的出现和在熔体中的均匀分布完全取决于散热强度，而这种散热强度只通过室壁进行。经过一次这样的热交换之后，仅只在室壁上很薄的范围内，而不是整批的熔体内产生初生晶体。
在第一阶段作为这种处理方法的结果而出现的不均匀性，在另一阶段继续加重，而且借助层流的作用可能只会更严重。以上所述继许多不同的铸造缺陷之后会造成大量浇铸废品，这在经济上是不能承受的。
本发明的任务是以这样的方式进一步发展这一已知的铸造方法，即对预先规定的一批熔体进行处理，直到半凝固状态，以便将它作为金属悬浮液以均匀的固相分布装入铸造腔室，并能从铸造腔室压入压铸模的模腔。根据本发明，这一任务按照本文开头所述那种类型的方法是这样解决的，即：对预先给定的一批熔体进行配量，将铸造腔室与压铸模对接，并通过装入处理腔室进行熔体的定量配料，处理腔室利用熔体通道和铸造过道与熔体容器和铸造腔室相应地连通，并装一个配料量活塞。在处理腔室内有利地对一批封闭的熔体进行处理。
如此可得到以下优点：
在进行熔体配量以及装入腔室的过程中，铸造腔室不脱离压铸模，因此不会从大气中注入气体；
处理腔室有条件可以按照要求的方式对一批封闭的熔体进行处理，并能在压入之前为预先给定的熔体量得到均匀的处理和结晶条件；
提供密闭的处理腔有可能根据要求实现最优的装入速度；
金属悬浮液，包括预先规定的固相总量及其在金属基体内的均匀分布，以及粒化的初生晶体，可在密闭的腔内完成成型。
本发明方法的另一个优点在于，金属悬浮液的处理成型在熔体管道内就已开始。为此，在这一区段内加入冷却粉剂。通过加热和熔化粉剂可降低一批熔体的温度，并能达到进一步处理所需要的温度。
通过使用旋转磁场，使预先规定的一批熔体可在熔体管道内与冷却粉剂混合，并将生成的金属悬浮液传送到处理腔室和铸造腔室。旋转的金属悬浮液被装入压铸模。这样的工艺设计的优点在于，在开始阶段就形成的金属悬浮液可以通过在磁场中旋转确定其总的以及物理化学与结构上的均匀性，并能确保其触变特性直到处理结束。为了通过较好地成型浇铸得到尽可能接近最终造型的铸件，将旋转的悬浮液加入压铸模具有根本的重要意义。
本发明方法的整个压铸过程包括四个前后连续的工艺阶段：
熔体借助冷却粉剂冷却，并在旋转磁场中与粉剂混合；
将冷却的熔体装入处理腔室，产生的初生晶体进行粒化，具有触变特性和旋转的均匀的金属悬浮液成型；
金属悬浮液从处理腔室被输送到铸造腔室中；
给旋转的金属悬浮液加压。
借助一特别的设计，已形成的均匀金属悬浮液可利用配料活塞从处理腔室进入铸造腔室。这一工艺过程是通过在处理腔室和铸造腔室内的配量活塞和铸造活塞的适当定位完成的。
这一处理步骤及其技术上的转化属于本发明方法的最重要的特点。
利用变换配量活塞在处理腔室中的位置，可以改变预先规定的一批熔体的量。
下面，根据附图进一步说明本发明的原理。诸附图分别为：
图1为经过浇铸和配量系统以及处理腔室的横截面图；
图2表示出浇铸和配量活塞的位置，在该位置对一批封闭的熔体在处理腔室内处理成均匀的金属悬浮液；
图3表示出浇铸和配量活塞的位置，在该位置对金属悬浮液加压；
图4是本发明方法的示意图，根据该方法熔体可利用真空装入处理腔室。
图1示意的压铸机设有一熔体容器1，该熔体容器借助于一熔体导管2和一铸造过道3与处理腔室4连通。处理腔室4适当安装在铸造腔室5中，以便在处理腔室4与铸造腔室5之间形成一铸造过道6。图示的每一个腔室都相应地设有配量活塞7和铸造活塞8。熔体导管2还配有一粉剂配量装置9和一电磁搅拌装置10，电磁搅拌装置环绕处理和铸造腔室布置。
参见图1中的图示。
熔体11借助于一直立的顶杆12从熔体容器1进入熔体导管2，并在熔体导管2中用冷却粉剂冷却。如图所示，粉剂来自粉剂配量装置9。由于投入的粉剂的冷却效应，熔体的温度达到液相温度范围。这意味着，这样冷却的熔体经过短时间后已经“产生”初生晶体，初生晶体因旋转作用使在整个熔体内均匀分布，并具有球体晶粒形状。为了使这些物质混合，在一段熔体导管上安排一旋转磁场10。在旋转中被处理的熔体流入处理腔室4，该处理腔室4有一个处于起始位置P1-1的配量活塞7。位于处理和铸造腔室之间的铸造过道6同时用一铸造活塞8阻断。当处理腔室4装入预先规定的一批熔体后，通过为处理腔室4而设的配量活塞7移动到位置P1-2，从而关闭通往熔体导管2的铸造过道3。在关闭的腔室内继续进行处理，即已经冷却的熔体随着磁场10继续旋转，直到成为均匀的金属悬浮液13的最终状态为止。这一状态的区别标志是，外源和内生晶粒形状在触变金属基体内的均匀分布以及大幅度温度波动的消失。这样，在处理腔室4中，且在短期内就出现触变悬浮液，已经形成初凝晶体，铸造组织也已细化。在这种状态下，悬浮液利用处理腔室4的配量活塞7被推向铸造腔室5，同时，铸造活塞8位移到另一位置P2-2，以便铸造过道6脱开。在采用垂直布置的压铸模14完成压铸过程的情况下，随着铸造活塞的向下位移在铸造腔室5内形成一适当的空腔，以容纳均匀的触变金属悬浮液。然后，利用配量活塞7阻断(位置P1-3)铸造过道6，以便通过铸造活塞在铸造腔室5内的运动对金属悬浮液实行加压。磁场对金属悬浮液的旋转效应一直持续到压铸过程结束，并通过触变金属悬浮液向前的旋转运动而将压铸模填满。
在本发明的另一种结构形式中，可以改变处理腔室的布置，以便用水平布置的压铸模产生铸件，并利用真空将熔体装入处理腔室。
用本发明的方法所做的首批试验清楚地显示，用一个附加的和采用此种布置的处理腔室4明显地提高了整个加压过程的功效，并没有出现诸如气泡废品、缩孔、结构不均匀等典型的铸造缺陷，而且，这一点是仅靠金属悬浮液触变特性的各向同性现象而得到保证的。

Claims (9)

1.一种利用预先规定的一批熔体配量、一带有铸造活塞(8)的铸造腔室(5)和一压铸模(14)制造具有触变特性合金铸件的压铸方法，按这种方法，在熔体中生成的初生晶体发生粒化，而预先规定的一批熔体被冷却，在电磁场(10)中混合，并在半凝固状态加压，其特征在于，在对预先规定的一批熔体进行配量时，铸造腔室(5)对接在压铸模(14)上，熔体的配量通过填满处理腔室(4)进行，处理腔室(4)借助于一熔体导管(2)和一铸造过道(3)与熔体容器(1)连通，而与铸造腔室(5)则相应地通过铸造过道(6)连通，处理腔室(4)同时设有一配量活塞(7)。
2.根据权利要求1的压铸方法，其特征在于，在处理腔室(4)内对一封闭的熔体进行处理，直到达到均匀的金属悬浮液(13)带有粒化的初生晶体和固相的均匀分布为止。
3.根据权利要求1的压铸方法，其特征在于，给定的熔体借助于冷却粉剂进行冷却，其中，通过一粉剂配量装置(9)向熔体导管(2)中投入相应的粉剂量。
4.根据权利要求1到3之一的压铸方法，其特征在于，利用配量冲模(7)将具有触变特性的、均匀的金属悬浮液(13)从处理腔室(4)经过铸造过道(6)输送到铸造腔室(5)。
5.根据权利要求1到4之一的压铸方法，其特征在于，通过使用一旋转磁场(10)，预先规定的一批熔体与冷却粉剂在熔体导管(2)内混合，由此而产生的金属悬浮液(13)被送入处理腔室(4)和铸造腔室(5)，并通过均匀的触变金属悬浮液(13)以向前做旋转运动的方式装入压铸模(14)。
6.根据权利要求1到5之一的压铸方法，其特征在于，整个压铸过程由四个前后连续的工艺阶段构成，包括以下主要工艺操作：
熔体借助冷却粉剂冷却，并在旋转磁场(10)中与粉剂混合；
将冷却的熔体注满处理腔室(4)，形成的初生晶体粒化，使其旋转并形成具有触变特性的均匀金属悬浮液(13)；
金属悬浮液(13)从处理腔室(4)被输送到铸造腔室(5)中；
给旋转的金属悬浮液(13)加压。
7.根据权利要求1到6之一的压铸方法，其特征在于，通过配量活塞(7)和铸造活塞(8)在处理腔室(4)和铸造腔室(5)内的适当定位实现上述工艺阶段。
8.一种利用一熔体容器(1)中预先规定的一批熔体配量、一带有铸造活塞(8)的铸造腔室(5)和一压铸模(14)制造具有触变特性合金铸件的方法，按这种方法，在熔体中生成的初生晶体发生粒化，而预先规定的一批熔体被冷却，在电磁场(10)中混合，并在半凝固状态加压，
其特征在于，
在对预先规定的一批熔体进行配量时，铸造腔室(5)对接在压铸模(14)上，熔体的定量是按照填满处理腔室(4)而确定的，处理腔室(4)设有一配量活塞(7)，一方面借助于一熔体导管(2)和一铸造过道(3)与熔体容器(1)连通，另一方面通过铸造过道(6)与铸造腔室(5)连通，直到形成具有粒化初生晶体的金属悬浮液为止，其处理室(4)一直是关闭的，此时铸造活塞(8)移到铸造过道(6)之前面，而配量活塞(7)移至铸造过道(3)的前面。
9.一种利用一熔体容器(1)中预先规定的一批熔体配量、一带有铸造活塞(8)的铸造腔室(5)和一压铸模(14)制造具有触变特性合金铸件的方法，按这种方法，在一批熔体冷却过程中在边界范围内生成的初生晶体发生粒化，并在电磁场(10)中混合，
其特征在于，
预先规定的一批熔体利用冷却铝粉—从一批熔体的中部开始—进行冷却，而且这一过程在封闭的处理腔室(4)内连续进行，直到达到均匀的金属悬浮液的最终状态为止，同时，外源和内生晶粒形状在触变金属基体内达到均匀分布；
金属悬浮液处于连续旋转状态，旋转开始于与铝粉的混合，在处理腔室中均匀分布，从处理腔室推移到铸造腔室，一直保持到将金属悬浮液压入铸模为止，目的是保证在铸件中达到金属悬浮液触变特性的各向同性。
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