CS103891A2 - Method of composites manufacture by means of casting - Google Patents

Description

Způsob výroby kompozitů odléváním

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby kompozitů odléváním pnfo od-litky sestávající zejména ze slitin lehkých kovů zpevněných vý-ztužemi, například tvarovanými vlákny nebo porézními materiálya pod. , zejména, například pro části motorů, jako písty, válce, .hlavy válců a motorové bloky spalovacích motorů. Při prováděnítohoto způsobu se nejdříve, zhotoví polotovar zpevněný výztužínebo výztužemi vložením a/nebc proniknutím výztuže ('výztuží) ne-bo svazku výztuží, například svazku vláken do roztavené kovovématrice nebo roztavenou kovovou matricí a jejím následným ztuh-nutím a potom se polotovar ponoří do lázně z roztaveného kovua následně se vloží do licí formy k integrálnímu lití nebo za-lití pro výrobu konečného odlitku.

Dosavadní stav techniky

Takový způsob výroby kompozitů odléváním je znám napříkladz německého spisu DD-PS 27 Cl 421 a DS-OS 35 11 542. Tento zná-mý výrobní způsob je zejména vhodný k výrobě větších složitýchodlitků zpevněných vlákny a umožňuje požadovanou orientaci vlá-ken nebo viskeru vě směru hlavního zatížení odlitku, který mábýt vyroben relativně jednoduchým způsobem. Polotovar zpevněnývlákny nebo viskery se proto musí vyrábět speciálním způsobemodlévání, při kterém se kovové matrice polotovaru protlačujedo svazku vláken nebo viskerů řízenou rychlostí plnění a přes-ně dávkovaným tlakem tak, aby se zajistilo bezvadné smáčeníkaždého jednotlivého vlákna nebo viskeru a rovněž vytvoření me-zery uzavřeného spojení volné látky a/nebo silově uzavřenéhosloženého působení mezi materiálem z vláken nebo viskerů a ko-vovou matricí. Kovová matrice může potom ztuhnout. Následujícíintegrální lití nebo zalévání polotovaru pro výrobu konečnéhoodlitku se může pak provádět.jednoduchými způsoby odlévání.Od-lévání celkového, konečného odlitku pomocí specializovaných způ-sobů odlévání nutných k výrobě polotovaru není vhodné k výroběvětších složitých odlitků, protože požadované licí zařízení bybylo příliš složité a parametry odlévání by byly obtížně regu-lovatelné. .'. Λ\ώχίΚ&ώί^ώ·>1^£ί’.!ΰ ώ-ί&χϊ ί V&Á 2

Známý způsob výroby kompozitů odléváním popsaný v úvodunení však rovněž bez problémů. Polotovar, který se má vložitdo licí formy, je zpravidla opatřen na povrchu oxidovým povla-kem, který zabraňuje nebo znemoňuje bezmezerové metalurgickéspojení s integrálně litým nebo zalitým kovem. Aby byla vůbecnaděje na vytvoření metalurgického spojení polotovaru s integ-<rálně litým.nebe zalitým kovem, musí se polotovar vložit do li-*cí formy předehřátý na relativně vysokou teplotu, která způso-bí nárůst povlaku oxidu vyskytujícího se na jeho povrchu. K bez-oxidovému spojení může tedy vést jenom intenzivní proudění ko-vu kolem polotovaru při integrálním lití nebo při zalití kovu.

Aby se dosáhlo bezvadného spojení známým způsobem podleněmeckého vynálezu Dfí-OS 35 11 542, ponoří se polotovar do ta-veniny olověné slitiny ohřáté na teplotu 15C - 400°C před vlo-žením do licí formy, aby se uvolnil jeho oxidový povlak. Olově-ná slitina, která ulpí v tomto případě na povrchu, má za účelzabránit, obnovení vytvoření oxidové vrstvy na kovovém povrchupolotovaru před integrálním lití nebo zalití pro výrobu koneč-ného odlitku.

Avšak nevýhodou tohoto známého způsobu je, že složky tave-niny olověné slitiny proniknou do spojovací vrstvy mezi předlit-kem ^integrálně litým nebo . Zalitým kovem a mohou mít v této.vrstvě rrepřadvfdatrelný^vlriv^na^ýaho^vlasfnosfi a za určlTtychokolností dokonce na celkový konečný odlitek. Dále předehřátípolotovaru v olověné tavenině pouze na 150 - 4C0°C zpravidlanepostačuje k zajištění úplného spojení polotovaru s integrál-ně litým nebo zalitým kovem. Oblast tavení hliníkových slévá-renských slitin se pohybuje mezi 540 a 600°C. Polotovar s pod-statně nižší teplotou umístěný do licí formy způsobí svým mez-ním povrchem okamžité tuhnutí kovu taveniny při integrálním li-tí nebo zalití kovu, takže se nemůže dostatečně spolehlivýmzpůsobem zajistit vytvoření bezmezerového metalurgického spoje-ní mezi tímto.kovem a polotovarem. . Cíl vynálezu Cílem vynálezu je co nejjednodušší zajištění bezmezerového

0-¾¾ - J - ’ a přijatelného metalurgického spojení polotovaru a integrálnělitého nebo zalitého kovu uvedeným způsobem výroby kompozitůodléváním.

Podstata vynálezu

Podstatou způsobu výroby kompozitů odléváním, zejménaze slitin lehkých kovů, podle vynálezu je, že se polotovarpřed vložením do licí formy ponoří do roztavené kovové lázněsestávající z téhož nebo podvného kovu nebo ze stejné nebo po-dobné kovo_,vé slitiny, jako kovová matrice polotovaru nebo kovupoužívaného pro konečný odlitek a že se zahřeje na teplotu vyš-ší než je bod tavení materálu matrice. Přitom se uvažuje, žekovová matrice je v taviči lázni přinejmenším dostatečně roz-tavena. Vynález je však založen na poznatku, že v tomto přípa-dě výztuž nebo svazek výztuže, jako je například svazek vlákennebo porézní pěnové těleso ve spojení s adhezními nebo kohezní-mi silami kovové matrice obklopující každé vlákno nebo struktu-ru pěnového materiálu a pod., vytvoří celkový kompozit z polo-tovaru s dostatečnou stabilitou k přenesení do licí formy a ná-slednému integrálnímu lití nebo zalití kovu. Tato překvapujícístabilita dosahuje takového stupně, že,polotovar, může být pod-roben v roztavené kovové lázni rotačnímu nebo vratnému pohybutak, aby se jeho povrch omyl od ulpívajícího oxidu bez jehorozložení v kovové lázni. Samozřejmě se předpokládá, že výztužnebo svazek výztuže sám o sobě je sestaven tak, že je schopenodolat tepelným a chemickým podmínkám v operaci ponořování dolázně. Tato stabilita polotovaru je také překvapující v celko-vých a podstatných podmínkách tavení jeho kovové matrice, kdyžsi uvědomíme, že z důvodů stability je ve všech případech nutnése vyhnout změknutí nebo tavení polotovaru. Polotovar předběžnězpracovaný tímto způsobem podle vynálezu mé po svém přenesenído licí formy teplotu, která stále leží těsně u licí teplotyintegrálně litého nebo zalitého kovu, protože tavné teplo kovo-vé matrice zabrání jejímu rychlému ochlazení pod tavící teplo-tu. Oxidový povlak nevyhnutelně vytvořený na roztaveném povrchupolotovaru po jeho vyjmutí z lázně roztaveného kovu se může-snadno omýt.,, proudem, odlévaného „kovu při „integrálním lití _ nebo_ ·>Ε ·- .....' ϊίί 4.Ε;ϊΕλ<>·Ε;';'ΕίΕ;Ε4.μ.ϊ zalití, takže může být dosaženo čisté vazby roztavených slitinv matrici, povrchové vrstvy á odlévaného kovu s nejvyšší možnoujistotou, že do kompozitu nebudou zavlečeny rušivé součásti sli-tiny.

Integrální lití konečného odlitku předběžně zpracovanéhopolotovaru zpevněného.výztužemi se může.provést jakýmkoliv.způ-.'sobem odlévání, jako je lití do písku, lití do kokil, nízkotla-ké' nebo tlakové lití a jejich varianty, podle způsobu výrobykompozitů odléváním, podle vynálezu. Jako kovu pro integrálnílití nebo zalití polotovaru se může použít slitiny hliníku akřemíku, například GA1SÍ12CuMg. Výztuž nebo svazek výztuže semůže nahustit pod tlakem kovem matrice a může se uložit do to-hoto kovu během výroby polotovaru tak, aby její objem dosáhl v alespoň 10¾ celkového objemu polotovaru. Do polotovaru se můženapříklad použít výztuže pěnového porézního grafitu, lehčenékeramiky, lehčeného kovu a pod. nebo svazku vláken, jehož vlák-na sestávají z většího množství, například 95^ oxidu hlinitého(AlgO^) a z menšího množství, například 5% oxidu křemičitého(SiC^). Kovová matrice polotovaru může být z hliníku s bodemtavení cca 6óC°C. Na tavnou lázeň pro namáčení polotovaru semůže použít například slitiny hliníku a křemíku, jako je AISilC,která se může temperovat .na teplotu lázně přes./7CQ°C, s výhodou .^přibližně—na 78C°C.pObobova-r^aa—můža^pnn^nřŤVbro^Tébb^rbztavené lázně v závislosti na rozměrech na jednu nebo několik, minut,dokud se úplně, neprohřeje. Jelikož kovová matrice je po svémponoření do lázně úplně nebo podstatně v roztaveném stavu jakoodlitek, je polotovar vystaven normálnímu smrštování během tuh-nutí celkového konečného odlitku. Aby se zabránilo vzniku dutinv odlitku při smrštování, musí se v licí formě provést bezpeč-nostní. opatření, pomocí kterého se kovová matrice uzavírá v ří-zeném postupu tuhnutí konečného odlitku do tělesa výztuže nebosvazku výztuže.

Claims (8)

1. 1 . Způsob výroby kompozitů odléváním při výrobě odlitků, zejménaze slitin lehkých kovů zpevněných výztužemi, například tvaro-vanými vlákny nebo porézními materiály a pod., zejména napří-klad pro části motorů, jako písty, válce, hlavy válců a moto-rové bloky spalovacích motorů, při němž se nejdříve zhotovípolotovar zpevněný výztuží nebo výztužemi vložením a/neboproniknutím výztuže (výztuží) nebo svazku výztuží, napříkladsvazku vláken do roztavené kovové matrice nebo roztavenou ko-vovou matricí a jejím následným ztuhnutím, potom se polotovarponoří do roztavené kovové lázně a následně se vloží do licíformy k integrálnímu lití nebo zalití pro výrobu konečnéhoodlitku, vyznačující se t í m ,že se polotovarponoří do roztavené kovové lázně, která sestává z téhož nebopodobného kcyu nebo z téže nebo podobné kovové slitiny jakokovové, matrice polotovaru nebo jako kov používaný pro’ koneč- ný odlitek a že se zahřeje na teplotu vyšší než je bod tave-ní materiálu matrice. l4 2. Způsob výroby kompozitů odléváním podle bodu 1 , v y z n a č u- 1 iící se t í m, že se oonoření polotovaru do roztavené ΰ kovové lázně provádí tak, že kovová matrice se v lázni úplně nebo podstatně roztaví a že se polotovar následně vloží v roz-taveném stavu do licí formy, k integrálnímu lití nebo k zalitípro výrobu konečného odlitku.
2. 3. Způsob výroby kompozitů odléváním podle bodu 1, v y z n a č u-j í c í se t í m, že se polotovar pohybuje v roztavenékovové lázni rotačním nebo vratným pohybem. 6 -
3. 4. Způsob výroby kompozitu odlevením podle bodu 1, vyznaču-jící se t í m, že se výztuž nebo svazek výztuže napus-tí kovem matrice pod tlakem a vloží se do tohoto kovu tak, abyjejí objem dosáhl alespoň 1Oífe celkového objemu polotovaru.
4. 5 . Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu 1 , v y z n a č u- £ i*! f V- t í m, že se používá svazku vláken, kde vlákna sestávají v přévládájícím množství, například 95% z oxidu hli-nitého (A^Oj) a v menším množství, například 5» z oxidu kře-mičitého (SiOg) .
5. 6. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu 1, v y z n a č u-s e t í m, že se jako výztuže používá pěnového pó- rézního grafitu, lehčené keramiky, lehčeného kovu a pod.
6. 7. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu Ί , vyznaču- jící tím, že povlak oxidu tvořící se na roztave- ném povrchu polotovaru, který má být vložen do licí pánve, seomývá z polotovaru při následném integrálním lití nebo zalitíkovu pro výrobu konečného odlitku proudem tohoto kovu.

   6. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu 1, v y z n a č u-j í c í. se \ tím, že jako materiálu matrice polotovaru _pOixž.í_v_á_hl.iníku_-S--b-O-ďe.m—t-av-e-rií—as-i- -C-.~
7. 9. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu 1, vyznaču- jící tím, že se na tavnou lázeň pro ponořování polotovaru používá slitiny hliníku a křemíku, například A1SÍ1O, >která se zahřeje na teplotu lázně vyšší než 7CO°C, s výhodou Tpřibližně na ’fcC°C. 1 C. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu 1 , v y z n a č u-j í c í se t í m, že se polotovar ponoří do roztavenékovové lázně na jednu nebo několik minut v závislosti na roz-měru, dokud se úplně neprohřeje.
8. 1 .. Způsob výroby kompožitů odléváním podle bodu vyznač u- j i c í se t í m, že kov pro integrální lití nebo zalitísestává ze slitiny hliníku a křemíku, například GAlSi12CuNiMg.