DE60305226T2

DE60305226T2 - Verfahren zum reduzierenden Giessen

Info

Publication number: DE60305226T2
Application number: DE60305226T
Authority: DE
Inventors: Keisuke Ueda-shi Ban
Original assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nissin Kogyo Co Ltd
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2007-04-19
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: US20030217827A1; CN100340362C; DE60305226D1; JP3604375B2; BR0300557A; JP2003266171A; EP1344590B1; US6845808B2; EP1344590A3; EP1344590A2; CN1443616A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reduktionsgießverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Reduktionsgießverfahren, bei dem das Gießen in einem vorteilhaften Zustand durchgeführt werden kann, ohne die Reduktionskraft zu beeinträchtigen.
2. Beschreibung des verwandten Standes der Technik
Es gibt unterschiedliche Arten von Gießverfahren, wie beispielsweise das Freifallgießverfahren (gravity casting method, GDC), das Niederdruckgießverfahren (low pressure die casting method, LPDC), das Druckgießverfahren (die casting method, DC), das Pressgießverfahren (squeeze casting method, SC), das Thixomolding-Verfahren. Alle diese Verfahren führen das Gießen durch, indem geschmolzenes Metall in den Hohlraum einer Gussform eingefüllt wird, wodurch das so eingefüllte geschmolzene Metall in eine vorgegebene Form geformt wird. Von diesen Gießverfahren wird bei einem Verfahren, bei dem sich wahrscheinlich ein Oxidfilm auf einer Oberfläche des geschmolzenen Metalls bildet, beispielsweise beim Aluminiumgießen oder dergleichen, die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls durch den auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildeten Oxidfilm erhöht und verschlechtert so Flusseigenschaften, Ablaufeigenschaften und adhäsive Eigenschaften des geschmolzenen Metalls und verursacht hierdurch Probleme mit Gussimperfektionen, wie beispielsweise nicht ausreichende Füllung, Oberflächenfalten und dergleichen.
Als ein Verfahren zur Lösung dieser Probleme hat der Anmelder ein Reduktionsgießverfahren vorgeschlagen, das das Gießen durchführen kann, indem ein auf einer Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildeter Oxidfilm reduziert wird (beispielsweise JP-A-2001-321918). Bei diesem Reduktionsgießverfahren wird eine Magnesium-Stickstoff-Verbindung (Mg₃N₂) mit stark reduzierenden Eigenschaften hergestellt unter Verwendung eines Stickstoffgases und eines Magnesiumgases und dann läßt man die so hergestellte Magnesium-Stickstoff-Verbindung auf das geschmolzene Metall von Aluminium einwirken und führt hierdurch das Gießen durch. Das Magnesiumgas wird in einem Ofen erzeugt und wenn das Magnesiumgas in einen Hohlraum eingeführt wird, wird ein Inertgas (Argongas) als ein Trägergas verwendet. Das Stickstoffgas wird direkt in separater Weise in den Hohlraum eingeführt.
Gemäß dem oben beschriebenen Reduktionsgießverfahren wird durch Einfüllen des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum einer Gussform in einem Zustand, in dem die Magnesium-Stickstoff-Verbindung sich auf eine Oberfläche des Hohlraums der Gussform abscheidet, wenn das geschmolzene Metall in Kontakt mit der Oberfläche des Hohlraums kommt, der auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildete Oxidfilm reduziert durch eine reduzierende Wirkung der Magnesium-Stickstoff-Verbindung und ändert so die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in reines Aluminium und verringert somit die Oberflächenspannung des geschmolzenen Metalls und erhöht entsprechend die Fließeigenschaften des geschmolzenen Metalls. Im Ergebnis werden die Ablaufeigenschaften des geschmolzenen Metalls vorteilhaft, woraufhin ein Gussprodukt, das keine Gussimperfektion hat, sondern ein ausgezeichnetes Aussehen ohne Oberflächenfalten oder dergleichen, erhalten werden kann.
Es gibt jedoch die nachstehend beschriebenen Probleme bei dem oben beschriebenen Reduktionsgießverfahren.
Bei dem Reduktionsgießverfahren ist nämlich, obwohl es notwendig ist, die Mengen des Magnesiumgases und des Stickstoffgases zu kontrollieren, das Magnesiumgas, welches erhalten wird durch Hitzesublimation von Magnesium, in dem Ofen in einem Zustand hoher Temperatur (etwa 800°C).
Es ist schwierig, die Menge dieses Magnesiumgases in einem Zustand hoher Temperatur zu messen und folglich ist man außerstande, die Mengen der beiden Gase präzise zu kontrollieren, und somit werden Probleme erzeugt, so dass die Menge des Magnesiumgases ungenügend wird, die Reduktionskraft verringert wird, Qualitäten der Gussprodukte untereinander variieren und dergleichen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Unter diesen Umständen wurde die vorliegende Erfindung gemacht, um diese Probleme zu lösen und es ist ein erfindungsgemäßes Ziel, ein Reduktionsgießverfahren zur Verfügung zu stellen, das das Gießen in einem vorteilhaften Zustand durchführen kann, ohne die Reduktionskraft zu beeinträchtigen.
Um das Ziel zu erreichen, hat die Erfindung eine Beschaffenheit, die nachstehend beschrieben ist.
Erfindungsgemäß wird nämlich ein Reduktionsgießverfahren zur Verfügung gestellt, das die Schritte umfasst:
Dass man ein metallisches Gas und ein reaktives Gas miteinander reagieren läßt, um eine reduzierende Verbindung zu erzeugen;
dass man die so erzeugte reduzierende Verbindung in einen Hohlraum einer Gussform einfüllt; und
dass man einen auf einer Oberfläche eines geschmolzenen Metalls gebildeten Oxidfilm durch die reduzierende Verbindung reduziert, um ein Gussprodukt zu gießen, wobei das Reduktionsgießverfahren ein nicht-reaktives Gas als ein Trägergas verwendet, wenn das metallische Gas in den Hohlraum eingeführt wird,
wobei man die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases ein Sechstel bis das Zweifache der Flussmenge des reaktiven Gases sein läßt.
Ferner läßt man vorzugsweise die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases ein Viertel bis die Hälfte der Flussmenge des reaktiven Gases sein.
Weiterhin läßt man das reaktive Gas, das nicht-reaktive Gas und das metallische Gas ein Stickstoffgas, ein Argongas bzw. ein Magnesiumgas sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das ein Beispiel des Aufbaus einer Gießapparatur illustriert, die das Gießen mit einem erfindungsgemäßen Reduktionsgießverfahren durchführt; und
2 ist ein Graph, der in Bezug auf ein Aluminiummaterial ein Messergebnis zeigt, wie der DASII-Wert in Abhängigkeit von der Erstarrungsgeschwindigkeit eines geschmolzenen Metalls variiert.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist ein erläuterndes Diagramm, das einen Gesamtaufbau einer Gießapparatur 10 zur Durchführung des Gießens unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Reduktionsgießverfahrens zeigt. Eine Anwendung davon für das Gießen von Aluminium wird nachstehend illustriert; die Erfindung ist jedoch in keiner Weise auf das Aluminiumgießen beschränkt.
In 1 bezeichnen Bezugszeichen 11 und 12 eine Gussform bzw. einen im Inneren der Gussform 11 gebildeten Hohlraum. In einem oberen Teil des Hohlraums 12 ist ein Einguss 14, der geformt ist in einen Zustand einer verjüngten Oberfläche, deren Durchmesser nach unten allmählich geringer wird, vorgesehen. In dem Einguss 14 ist ein Stopfen 15 entfernbar angebracht. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet ein Rohr, das vertikal ausgebildet ist, um durch den Stopfen 15 zu reichen.
Das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Reservoir, um das einzufüllende geschmolzene Metall zu halten (nachfolgend auch einfach als "Reservoir für geschmolzenes Metall" bezeichnet), das im oberen Teil der Gussform 11 vorgesehen ist. Das Reservoir für geschmolzenes Metall 17 und der Hohlraum 12 kommunizieren über den Einguss 14 miteinander. Durch Durchführung einer Operation des Öffnens-/Schließens des Stopfens 15 wird das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum 12 kontrolliert. In einem Fall der vorliegenden Ausführungsform, welche die Anwendung des erfindungsgemäßen Reduktionsgießverfahrens auf das Aluminiumgießen illustriert, wird das geschmolzene Aluminiummetall in dem Rservoir für geschmolzenes Metall 17 aufgewahrt.
Materialien für die Gussform 11 sind nicht besonders beschränkt; die Gussform 11 kann jedoch gebildet werden unter Verwendung eines Materials mit vorteilhafter thermischer Leitfähigkeit. Ferner ist die Gussform 11 mit einer Kühlungsvorrichtung ausgestattet, mit der sie zwangsgekühlt wird. In der Ausführungsform ist als Kühlungsvorrichtung ein Flussdurchgang 13 im Inneren der Gussform 11 vorgesehen, so dass man Kühlwasser konstant durch den Flussdurchgang 13 laufen lassen kann. Ein Grund für die Ausbildung der Gussform 11 unter Verwendung des Materials mit einer vorteilhaften thermischen Leitfähigkeit und das konstant erzwungene Kühlen der Gussform 11 ist es, deren Temperatur so niedrig wie möglich zu halten. Folglich ist, solange das Kühlungsverfahren so ist, dass die Temperatur der Gussform 11 wirksam niedrig gehalten wird, das Kühlungsverfahren nicht notwendigerweise auf ein solches Wasserkühlungsverfahren, wie oben beschrieben, beschränkt. Es versteht sich, dass mehrere Kühlungsvorrichtungen gleichzeitig in Kombination verwendet werden können.
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 20 einen Stahlzylinder 20 für die Aufbewahrung von Stickstoffgas (nachfolgend auch als "Stickstoffgas-enthaltender Stahlzylinder" bezeichnet). Der Stickstoffgas-enthaltende Stahlzylinder 20 ist mit der Gussform 11 über ein Rohrsystem 22 verbunden, in dem ein Ventil 24 zwischengeschaltet ist und so angeordnet ist, dass man das Stickstoffgas im Hohlraum 12 durch einen Stickstoffgas-Einführungsport 11a, der in der Gussform 11 vorgesehen ist, in den Hohlraum 12 einführt. Durch Öffnen des Ventils 24, um das Stickstoffgas durch den Stickstoffgas-Einführungsport 11a in den Hohlraum 12 einzuleiten, wird in dem Hohlraum 12 vorliegende Luft daraus entlüftet und so eine Stickstoffgasatmosphäre in dem Hohlraum 12 erzeugt, so dass im wesentlichen eine Nicht-Sauerstoffatmosphäre in dem Hohlraum 12 erzeugt wird. Das Referenzzeichen 11b bezeichnet einen Auslassport, der in der Gussform 11 vorgesehen ist. Es ist ebenso möglich, dass die Nicht-Sauerstoffatmosphäre in dem Hohlraum 12 erzeugt wird durch Verbinden einer Vakuumvorrichtung mit dem Auslassport 11b über das Rohrsystem, in dem ein Ventil 25 zwischengeschaltet ist und das anschließende Betreiben der Vakuumvorrichtung in einem Zustand, in dem das Ventil 25 geöffnet ist.
Das Bezugszeichen 21 bezeichnet einen Stahlzylinder, um Argongas aufzubewahren (nachfolgend auch als "Argongas-enthaltender Stahlzylinder" bezeichnet). Der Argongas-enthaltende Stahlzylinder 21 ist mit einem Ofen 28 verbunden, der ein Generator zur Erzeugung eines metallischen Gases über ein Leitungssystem 26 ist. Durch Durchführen einer Operation des Öffnens/Schließens eines Ventils 30, das im Leitungssystem 26 zwischengeschaltet ist, wird das Fließen des Argongases in den Ofen 28 kontrolliert. Der Ofen 28 wird mit einer Heizvorrichtung 32 geheizt. Bei der Ausführungsform wird die Temperatur in dem Ofen 28 auf den Siedepunkt von Magnesium oder darunter sowie den Schmelzpunkt von Magnesium oder darüber eingestellt, so dass Magnesium in dem Ofen 28 in einen flüssigen Zustand gelangt.
Der Argongas-enthaltende Stahlzylinder 21 ist ebenso über ein Rohrsystem 34, in dem ein Ventil 33 zwischengeschaltet ist, mit einem Tank 36 verbunden; ferner ist der Tank 36 über ein Rohrsystem 38 auf einer Abströmseite des Ventils 30 mit dem Rohrsystem 26 verbunden. Das Bezugszeichen 40 bezeichnet ein Ventil, das im Rohrsystem 38 zwischengeschaltet ist, für die Verwendung bei der Kontrolle einer Zufuhrmenge von Magnesium zum Ofen 28. Der Tank 36 wird verwendet, um Magnesiummetall aufzubewahren, das dem Ofen 28 zugeführt werden soll, und das Magnesiummetall ist in Pulver- oder Granulatform darin enthalten.
Der Ofen 28 ist über ein Rohrsystem 42 und das Rohr 16, welches mit dem Stopfen 15 verbunden ist, mit dem Hohlraum 12 der Gussform 11 verbunden. Magnesium in Gas- oder Nebelform, das in dem Ofen 28 erzeugt wurde, wird in den Hohlraum 12 der Gussform 11 eingeführt durch Durchführen einer Operation des Öffnens/Schließend des Ventils 45, das in dem Rohrsystem 42 zwischengeschaltet ist und ebenso durch die Kontrolle eines Argongasdrucks mit dem Ventil 30.
Das Aluminiumgießen mit der in 1 gezeigten Gießapparatur 10 wird in einer nachstehend beschriebenen Weise durchgeführt.
Zuerst wird das Ventil 24 in einem Zustand geöffnet, in dem der Einguss 14 dadurch geschlossen ist, dass er mit dem Stopfen 15 zusammenpasst, und so wird das Stickstoffgas aus dem Stickstoffgas-enthaltenden Stahlzylinder 20 über das Rohrsystem 22 in den Hohlraum 12 der Gussform 11 eingefüllt. Durch ein solches Einfüllen des Stickstoffgases wird im Inneren des Hohlraums 12 vorliegende Luft daraus entfernt, wodurch im wesentlichen eine Nicht-Sauerstoffatmosphäre in dem Hohlraum 12 erzeugt wird und dann wird das Ventil 24 geschlossen.
Während eines Zeitraumes, in dem das Stickstoffgas in den Hohlraum 12 der Gussform 11 eingefüllt wird, oder vor einem solchen Einfüllen, wird das Ventil 30 geöffnet, um das Argongas aus dem Argongas-enthaltenden Stahlzylinder 21 in den Ofen 28 zu füllen und so eine Nicht-Sauerstoffatmosphäre in dem Ofen 28 zu erzeugen. Als Nächstes wird das Ventil 30 geschlossen und die Ventile 33 und 40 werden geöffnet, um das in dem Tank 36 enthaltene Magnesiummetall durch einen von dem Argongas-enthaltenden Stahlzylinder 21 ausgeübten Argongasdruck in den Ofen 28 zu schicken. Weil der Ofen 28 auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der das Magnesiummetall geschmolzen ist, ist das Magnesiummetall, das in den Ofen 28 geschickt wurde, darin in einem geschmolzenen Zustand. Weil das Magnesiumgas in wiederholter Weise jedesmal, wenn eine Gießoperation durchgeführt wird, aus dem Ofen 28 geschickt wird, wird eine bestimmte Menge Magnesiummetall, die zu solchen Operationen korrespondieren kann, aus dem Tank 36 zum Ofen 28 geschickt. Nachdem das Magnesiummetall in den Ofen 28 geschickt wurde, werden die Ventile 33 und 40 geschlossen.
Anschließend werden die Ventile 30 und 45 geöffnet, um das Magnesiumgas von dem Ofen 28 über das Rohr 16 unter Verwendung des Argongases als ein Trägergas, während Druck und Flussmenge des Argongases kontrolliert werden, in den Hohlraum 12 der Gussform 11 zu füllen. Bei dieser Gelegenheit wird Magnesiumgas in Nebelform auch aus dem Ofen 28 heraus zusammen mit dem Magnesiumgas geschickt.
Nach dem Füllen des Magnesiumgases in den Hohlraum 12 wird das Ventil 45 geschlossen und dann wird das Ventil 24 geöffnet, um das Stickstoffgas durch den Stickstoffgas-Einlassport 11a in den Hohlraum 12 zu füllen. Durch Füllen des Stickstoffgases in den Hohlraum 12 läßt man das zuvor in den Hohlraum 12 gefüllte Magnesiumgas und das so eingefüllte Stickstoffgas miteinander in dem Hohlraum 12 reagieren, um die Magnesium-Stickstoff-Verbindung (Mg₃N₂) zu erzeugen, welche eine reduzierende Verbindung ist. Die Magnesium-Stickstoff-Verbindung scheidet sich primär auf der Oberfläche einer inneren Wand des Hohlraums 12 ab.
In einem Zustand, in dem die Magnesium-Stickstoff-Verbindung auf einer solchen inneren Wandoberfläche des Hohlraums 12 erzeugt wird, wird der Stopfen 15 geöffnet, um das geschmolzene Metall 18 von dem Einguss 14 in den Hohlraum 12 zu füllen.
Das so in den Hohlraum 12 gefüllte geschmolzene Aluminiummetall 18 kommt in Kontakt mit der auf der inneren Wandoberfläche des Hohlraums 12 gebildeten Magnesium-Stickstoff-Verbindung, so dass die Magnesium-Stickstoff-Verbindung Sauerstoff von einem Oxidfilm, der auf einer Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildet ist, entnimmt und so die Oberfläche des geschmolzenen Metalls reduziert zu reinem Aluminium, das dann in den Hohlraum 12 gefüllt wird (Reduktionsgießverfahren). Indem man den auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildeten Oxidfilm reduzieren läßt, wird reines Aluminium auf der Oberfläche des Aluminiums exponiert, wodurch die Flusseigenschaft des geschmolzenen Metalls extrem günstig wird.
Weil die Ablaufeigenschaft des geschmolzenen Metalls entsprechend extrem vorteilhaft wird, besteht ein Vorteil darin, dass es weder notwendig ist, ein herkömmliches wärmeisolierendes Beschichtungsmittel zu verwenden, noch es notwendig ist, die Gussform bei hoher Temperatur zu halten.
Ferner ist es in dem Fall des Reduktionsgießverfahrens, wie oben beschrieben, weil das geschmolzene Metall 18 in einem kurzen Zeitraum in den Hohlraum 12 gefüllt wird, wirksam, das geschmolzene Metall 18, das in die Gussform 11 gefüllt wurde, abzukühlen und es in einem kurzen Zeitraum zu verfestigen. Wenn die Gussform 18 aus einem Material mit einer vorteilhaften thermischen Leitfähigkeit hergestellt ist, kann, solange die Temperatur der Gussform 18 bei einer Temperatur oder darunter gehalten wird, bei der die Gussform 18 eine ausreichende Härte haben kann, beispielsweise 150°C oder weniger, das Gießen mit einem Gießverfahren durchgeführt werden, das die aus einem solchen Material hergestellte Gussform verwendet, während verhindert wird, dass Riefenbildung (scoring) in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall auftritt.
Die Flussmenge des Argongases (Inertgas), welches in den Ofen 28 zugeführt wird, wird mit einem Flussmesser gemessen, der zusammen mit dem Ventil 30 vorgesehen ist. Ferner wird die Flussmenge des Stickstoffgases, das in den Hohlraum 12 zugeführt wird, mit einem Flussmesser gemessen, der zusammen mit dem Ventil 24 vorgesehen ist.
Das Magnesiumgas wird in den Hohlraum 12 eingeführt, indem es mit dem Argongas als ein Trägergas transportiert wird.
Es wurde durch eine Beobachtung gefunden, dass die Flussmenge des einzuführenden Magnesiumgases näherungsweise derjenigen des Argongases entspricht.
Wie oben beschrieben, wird die Innenseite des Ofens 28 auf 800°C oder mehr erhitzt, welches eine Temperatur der Sublimation des Magnesiums ist.
Obwohl es, wie oben beschrieben, schwierig ist, die Flussmenge dieses Magnesiumgases bei hoher Temperatur zu messen, wird, weil die Flussmenge des Magnesiums näherungsweise derjenigen des Argongases entspricht, die Flussmenge dieses Argongases gemessen und kontrolliert, wodurch die Flussmenge des Magnesiumgases indirekt kontrolliert werden kann.
Qualitäten der gegossenen Produkte, die erhalten wurden durch Änderung der Flussmengen des Argongases und des Stickstoffgases auf unterschiedlichen Wegen, wurden bewertet.
Im Ergebnis konnte das gegossene Produkt mit einer gewünschten Qualität erhalten werden, indem die Flussmenge des Argongases auf ein Sechstel bis das Zweifache derjenigen des Stickstoffgases eingestellt wurde.
Wenn die Flussmenge des Argongases weniger als ein Sechstel derjenigen des Stickstoffgases ist, nimmt die Menge des Magnesiumgases ab und entsprechend nimmt die Menge der Magnesium-Stickstoff-Verbindung ab und folglich wird die Reduktionskraft verringert, wodurch die gewünschte Qualität nicht erhalten werden konnte. Ferner wird, wenn die Flussmenge des Argongases mehr als das Zweifache derjenigen des Stickstoffgases ist, die Menge des Magnesiumgases extrem groß, jedoch wird nicht immer die Reduktionskraft in Übereinstimmung mit einer solchen Erhöhung der Menge des Magnesiumgases erhöht und somit wird nur Magnesium vergeudet.
Als Bereich von einer unteren Grenze zu einer oberen Grenze war es optimal, dass die Flussmenge des Argongases auf ein Viertel bis zu einer Hälfte der Flussmenge des Stickstoffgases eingestellt war.
Ferner ist es vorteilhaft, dass die Erstarrungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls auf 600°C/Minute oder mehr (Temperaturabnahme pro Einheitszeit des geschmolzenen Metalls in der Gussform 11) und vorzugsweise 800°C/Minute oder mehr eingestellt ist. Wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit größer ist, wird die Kristallstruktur des gegossenen Produkts dichter; dieses Merkmal ist vorteilhaft, weil seine Festigkeit erhöht wird.
Diese Erstarrungsgeschwindigkeit ist in der Nähe derjenigen eines herkömmlichen DC. Dieses Reduktionsgießverfahren verläßt sich jedoch nicht auf das rasche Abkühlen, wie dies getan wird bei einem Spritzeinfüllen (splash) oder Sprüheinfüllen (spraying) des DC, kann jedoch das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in einem geschichteten oder teilweise turbulenten Zustand durchführen, um zu erreichen, dass die innere Qualität extrem vorteilhaft wird, ein DASII-Wert ebenso gering ist und die Ausdehnung, Festigkeit und dergleichen erhöht sind.
2 zeigt ein Resultat der Messung, wie ein Raum zwischen Dendriten in einem erstarrten Körper sich ändert, wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls beim Aluminiumgießen verändert wird.
Die Messung wurde so durchgeführt, dass ein Teil des Aluminiums, das in dem Hohlraum 12 eingefüllt und erstarrt war, als eine Probe herausgenommen wurde und ein Raum zwischen Dendriten davon mit einem Elektronenmikroskop gemessen wurde. In 2 ist die Erstarrungsgeschwindigkeit in der Abszisse und der Raum zwischen den Dendriten des erstarrten Aluminiums ist in der Ordinate als "DASII-Wert" gezeigt.
Nach 2 ist, wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit 600°C/min oder mehr wird, der Raum zwischen den Dendriten von Aluminium, das in den Hohlraum 12 eingefüllt wurde und erstarrt ist, durchschnittliche 22 μm oder weniger, während dann, wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit 800°C/min oder mehr ist, der Raum zwischen den Dendriten durchschnittlich 20 μm oder weniger wird.
Der Raum zwischen den Dendriten von Aluminium betrifft die Dichte des erstarrten Körpers (Gussprodukt) und wenn der Raum zwischen den Dendriten kleiner wird, wird die Kristallstruktur von Aluminium dichter, so dass die mechanische Festigkeit des erhaltenen Gussprodukts erhöht wird.
Unter dem Gesichtspunkt der mechanischen Festigkeit ist der DASII-Wert 22 μm oder weniger und vorzugsweise 20 μm oder weniger.
In anderen Worten kann in den zuvor beschriebenen Gießbedingungen der Ausdruck "die Erstarrungsgeschwindigkeit von 600°C/Minute oder mehr (vorzugsweise 800°C/Minute oder mehr)" ersetzt werden durch den Ausdruck "die Erstarrungsgeschwindigkeit, bei der der DASII-Wert 22 μm oder weniger wird (vorzugsweise die Erstarrungsgeschwindigkeit, bei der der DASII-Wert 20 μm oder weniger wird beim Reduktionsgießverfahren)".
Bei einem herkömmlichen Gießverfahren ist die Erstarrungsgeschwindigkeit niedrig und insbesondere bei GDC oder LPDC, bei denen ein wärmeisolierendes Beschichtungsmittel verwendet wird, besonders niedrig und somit ist es schwierig, dem Entmischen, Schrumpfungsloch usw. zu entsprechen; folglich besteht ein Problem, wie das gerichtete Kühlen durchgeführt wird. Im oben beschriebenen Fall ist die Erstarrungsgeschwindigkeit etwa 100°C/min und sogar in einem Dünnwandteil ist sie etwa 750°C/min und der nachstehend zu beschreibende DASII-Wert war nur auf einem Niveau von 35 μm bis 20 μm.
Als Nächstes wird die Einfüllzeit des geschmolzenen Metalls studiert.
Die Einfüllzeit des geschmolzenen Metalls wird abhängig von einer Beziehung zwischen einem Material einer Gusslegierung und der Erstarrungsgeschwindigkeit festgelegt.
Gewöhnlich besteht beim Abkühlen der Gusslegierung, wie AC2B und AC4B eine Temperaturdifferenz von etwa 90°C (Abnahme von 90°C) zwischen einer Temperatur beim Beginn des Einfüllens des geschmolzenen Metalls und einer Temperatur bei der Beendigung der Bildung einer Dendritenkristallstruktur vom α-Typ. Durch eine Temperaturabnahme von 90°C kann nämlich die Erstarrung erreicht werden. Während dieses Erstarrungszeitraums ist es notwendig, das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in den Hohlraum 12 zu beenden. Wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit auf 600°C/min bis 2.000°C/min eingestellt ist, wird die Einfüllzeit des geschmolzenen Metalls 9,0 Sekunden bis 2,7 Sekunden.
Andererseits besteht zum Zeitpunkt der Abkühlung von Legierungen für das Gießen, wie beispielsweise 2017, 2024 und 2618, eine Temperaturdifferenz von etwa 40°C zwischen einer Temperatur zu Beginn des Einfüllens des geschmolzenen Metalls und einer Temperatur bei Beendigung der Bildung der Dendritenstruktur vom α-Typ.
Wenn die Erstarrungsgeschwindigkeit auf 600°C/min bis 2.000°C/min eingestellt ist, wird die Einfüllzeit des geschmolzenen Metalls 4,0 Sekunden bis 1,2 Sekunden.
Obwohl nämlich ein Unterschied besteht, abhängig von den in der Gusslegierung zu verwendenden Materialien, beginnt, wenn nicht das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in alle Teile des Hohlraums 12 in einem Zeitraum von etwa 1,0 Sekunden bis etwa 9,0 Sekunden beendet ist, ein Teil des geschmolzenen Metalls in dem Hohlraum 12 zu erstarren, wodurch ein ungenügend gefüllter Teil erzeugt wird.
Praktisch gibt es unter allen Teilen des Hohlraums 12 einige Teile, die dick sind und andere Teile, die dünn sind; alle Teile haben nämlich nicht notwendigerweise eine gleichförmige Dicke. Das geschmolzene Metall läuft zuerst in einen dicken Teil und spät in einen dünnen Teil, in dem die Erstarrungsgeschwindigkeit hoch ist und somit besteht die Befürchtung, dass die Erstarrung beginnt, bevor das Einfüllen in den dünnen Teil vollständig ist.
Folglich ist es notwendig, die Kontrolle so durchzuführen, dass das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in alle Teile des Hohlraums 12 vollständig ist.
In einem Fall, bei dem es einen dünnen Teil gibt, in den das geschmolzene Metall kaum läuft oder in anderen Fällen ist es vorteilhaft, dass das geschmolzene Metall unter Druck durch eine Vorrichtung, die nicht auf einen speziellen Typ beschränkt ist, appliziert wird und alle Teile des Hohlraums 12 werden mit geschmolzenem Metall innerhalb einer vorgegebenen Zeit in derselben Weise wie bei LPDC gefüllt. Aus diesem Grund ist es auch wichtig, den Durchmesser, die Form, die Position, die Zahl und dergleichen des Eingusses geeignet auszuwählen.
Durch Kontrolle, so dass das Einfüllen des geschmolzenen Metalls in alle Teile des Hohlraums 12 vollständig ist, kann, weil die Laufeigenschaft von Natur aus vorteilhaft ist, das geschmolzene Metall sicher sogar in einen feinen Teil des Hohlraums 12 eingefüllt werden, wodurch Gussimperfektionen, die beispielsweise verursacht werden können durch ungenügendes Einfüllen, beseitigt werden können. Ferner werden, weil der auf der Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildete Oxidfilm entfernt wird, Oberflächenfalten oder dergleichen auf der Oberfläche des Gussprodukts nicht erzeugt, wodurch ein Gussprodukt mit einem ausgezeichneten Aussehen erhalten werden kann.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wurden das Magnesiumgas, das Stickstoffgas direkt in den Hohlraum eingeführt, um die Magnesium-Stickstoff-Verbindung zu erzeugen; es ist jedoch auch zulässig, dass eine Reaktionskammer (nicht gezeigt) unmittelbar vor der Gussform vorgesehen ist und dann das Argongas, das Magnesiumgas und das Stickstoffgas in die so angebrachte Reaktionskammer eingeführt werden, um diese Gase untereinander in der Reaktionskammer reagieren zu lassen und die Magnesium-Stickstoff-Verbindung zu erzeugen, und danach wird die so erzeugte Magnesium-Stickstoff-Verbindung in den Hohlraum eingeführt.
Ferner wurde die Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Magnesium-Stickstoff-Verbindung als die reduzierende Substanz des geschmolzenen Metalls erläutert, jedoch kann auch ein Einzelkörper aus Magnesium oder anderen reduzierenden Substanzen verwendet werden. Als das Trägergas können andere Inertgase oder nicht oxidierende Gase als das Argongas ebenso verwendet werden. Diese Gase werden hier kollektiv als "nicht-reaktive Gase" bezeichnet.
Erfindungsgemäß sind die Erstarrungsgeschwindigkeit und die Einfüllzeit des geschmolzenen Metalls nicht auf die oben beschriebenen beschränkt.
Obwohl das Aluminiumgießverfahren in der oben beschriebenen Ausführungsform erläutert wurde, ist jedoch das erfindungsgemäße Verfahren nicht darauf beschränkt, sondern es ist auf Gießverfahren anwendbar, bei denen Aluminiumlegierungen, unterschiedliche Typen von Metallen, wie Magnesium und Eisen und Legierungen davon jeweils als ein Gussmaterial verwendet werden.
Erfindungsgemäß kann, wie oben beschrieben, durch Messen der Flussmenge des messbaren Trägergases und anschließende Kontrolle der Flussmenge des Trägergases, so dass es eine gewünschte Größe hat, relativ zur Flussmenge des Reaktivgases, die Flussmenge des metallischen Gases indirekt kontrolliert werden, wodurch ein bemerkenswerter Effekt gezeigt werden kann, so dass das Reduktionsgießen in vorteilhafter Weise durchgeführt werden kann, ohne die Reduktionskraft zu beeinträchtigen.

Claims

Reduktionsgießverfahren, das die folgenden Schritte umfasst: Miteinander-reagieren-Lassen eines metallischen Gases und eines reaktiven Gases, um eine reduzierende Verbindung zu erzeugen; Einfüllen der so erzeugten reduzierenden Verbindung in einen Hohlraum einer Gussform; und Gießen eines Gussprodukts, während ein auf einer Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildeter Oxidfilm durch die reduzierende Verbindung reduziert wird, wobei ein nicht-reaktives Gas als ein Trägergas des metallischen Gases verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases auf ein Sechstel bis das Zweifache der Flussmenge des reaktiven Gases eingestellt wird.
Reduktionsgießverfahren gemäß Anspruch 1, in dem die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases auf ein Viertel bis die Hälfte der Flussmenge des reaktiven Gases eingestellt wird.
Reduktionsgießverfahren gemäß Anspruch 1, in dem das reaktive Gas ein Stickstoffgas ist, das nicht-reaktive Gas ein Argongas ist und das metallische Gas ein Magnesiumgas ist.
Reduktionsgießverfahren gemäß Anspruch 1, in dem das nicht-reaktive Gas als das Trägergas verwendet wird, wenn das metallische Gas in den Hohlraum eingeführt wird.
Reduktionsgießverfahren, welches die folgenden Schritte umfasst: Einfüllen eines metallischen Gases und eines reaktiven Gases in einen Hohlraum einer Gussform, wobei das metallische Gas durch Sublimation eines Metalls erzeugt wird, um so eine reduzierende Verbindung zu erzeugen; und Gießen eines Gussprodukts, während ein auf einer Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebildeter Oxidfilm durch die reduzierende Verbindung reduziert wird, in dem ein nicht-reaktives Gas als ein Trägergas des metallischen Gases verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases auf ein Sechstel bis das Zweifache der Flussmenge des reaktiven Gases eingestellt ist und dass die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases in Bezug auf die Flussmenge des reaktiven Gases auf eine gewünschte Größe kontrolliert wird, indem die Flussmenge des nicht-reaktiven Gases gemessen wird, um so indirekt die Flussmenge des in den Hohlraum gefüllten metallischen Gases in Bezug auf die Flussmenge des in den Hohlraum gefüllten reaktiven Gases zu kontrollieren.
Reduktionsgießverfahren gemäß Anspruch 5, in dem das reaktive Gas Stickstoff, das nicht-reaktive Gas Argon und das metallische Gas Magnesiumgas ist.