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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Spritzgießen einer
Leichtmetallegierung ohne Formgußfehler.
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Leichtmetallegierungen, die eine Grundmasse aus Aluminium oder Magnesium
enthalten, insbesondere Magnesium-basierende Legierungen, die Aluminium als
Legierungskomponente enthalten, haben in letzter Zeit als leichte Materialien an
Bedeutung gewonnen, die in der Lage sind, vorher festgelegte
Festigkeitseigenschaften bei der plastischen Verformung, wie z. B. dem Schmieden
zu liefern. Diese Leichtmetallegierungen zeigen jedoch eine starke thermische
Schrumpfung während des Gießens oder Formens, und dies ermöglicht eine
Verringerung des Fließvermögens, sofern die Gießtemperatur beim Standguß nicht
erhöht wird. Folglich kann kein perfekter, intakter Guß ohne Hohlraumdefekte
erhalten werden. Die hohe Gießtemperatur der Schmelze kann jedoch aufgrund der
niedrigen Kühlgeschwindigkeit während des Abkühlschritts des Gießverfahrens, die
zu einer verringerten Formbarkeit des Materials führt, grobkörnige Mikrostruktur in
der Gußlegierung zeigen.
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Andererseits kann die gewünschte feinkristalline Struktur mittels Druckguß der
Legierung erhalten werden. Bei diesem Verfahren bleiben, da das geschmolzene
Metall unter Hochdruck in Sprayform in einen Hohlraum der Form eingespritzt wird,
aufgrund des enthaltenen Gases eine große Anzahl von kleinen Fehlstellen oder
Poren in dem Gußstück zurück und verringern die mechanische Festigkeit des
Gußstücks so, daß kein Gußmaterial mit guten Eigenschaften erhalten werden kann.
Insbesondere bei einem dickwandigen Teil verringert sich die Festigkeit bei diesem
Gußverfahren drastisch.
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EP-A-0572683 offenbart ein Verfahren zum Formgießen eines Produkt aus einer Al-
Legierung, das die folgenden Schritte umfaßt: Herstellen eines Al-
Legierungsmaterials in einem halb-geschmolzenen Zustand, worin eine Festphase
und eine Flüssigphase nebeneinander existieren, wobei eine feste Fraktion des
geschmolzenen Metalls bei 70% liegt, und Einspritzen des geschmolzenen Metalls
in einen inneren Hohlraum der Form, wobei die Pforte und der Hohlraum der Form
so eingestellt werden, daß das Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub0; einer maximalen
Querschnittsfläche S&sub1; Hohlraums orthogonal zur Fließrichtung des geschmolzenen
Metalls im Hinblick auf eine Querschnittsfläche S&sub0; der Pforte 4 ist.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Spritzgießen
einer geschmolzenen Magnesium-basierenden Leichtmetallegierung zu liefern, das
in der Lage ist, diese mit einer feinen Struktur ohne Gasdefekte herzustellen, und so
die mechanischen Eigenschaften des Leichtmetallgußmaterials zu verbessern.
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Die vorliegende Erfindung liefert gemäß Anspruch 1 ein Verfahren zur Herstellung
einer feinkristallinen Mikrostruktur ohne Gußfehler, wie z. B. Gaseinschlüsse oder
Schrumpfungs-Fehlstellen in der Legierung während des Spritzgießens.
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Bei der Erfindung wird das geschmolzene Metall beim Spritzgußverfahren in den
inneren Hohlraum der Form im Laminarströmungszustand eingespritzt und so kann
eine feine Struktur ohne Gasdefekte erhalten werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Formanordnung verwendet, bei
der über einen inneren Hohlraumabschnitt durch eine Pforte eine geschmolzene
Magnesium-basierende Leichmetallegierung spritzgegossen wird, welche in einem
halb-geschmolzenen Zustand ist, wobei eine Festphase und eine Flüssigphase der
Legierung nebeneinander existieren, wobei das Verhältnis S&sub1;/S&sub2; einer
Querschnittsfläche S&sub1; der Pforte im Hinblick auf die maximale Querschnittsfläche S&sub2;
des inneren Hohlraums, die orthogonal zur Fließrichtung des geschmolzenen Metalls
ist, so festgesetzt ist, daß es nicht unter 0,06 liegt.
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Indem erfindungsgemäß die Querschnittsfläche der Pforte auf einen Wert gesetzt
wird, der über einem solchen speziellen Wert zur maximalen Querschnittsfläche des
inneren Hohlraumabschnitts in orthogonaler Richtung zur Fließrichtung des Metalls
liegt, oder in Richtung des Hohlraums fließt oder gegossen wird, kann die
geschmolzene Legierung in dem Hohlraum in den Laminarströmungszustand
kommen. Folglich werden im wesentlichen keine Gasdefekte, wie z. B.
Gaseinschlüsse oder Schrumpfungs-Fehlstellen bei dem durch Spritzguß
hergestellten Produkt festgestellt.
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Für die Spritzgußform sollte die Untergrenze des Flächenverhältnisses S&sub1;/S&sub2; bei 0,06
liegen. Liegt das Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; unter 0,06, wie in Fig. 3 dargestellt, ist die
relative Dichte des Produkts drastisch verringert, da die Bildungsgeschwindigkeit
dieser Gasdefekte ansteigt.
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Andererseits liegt die Obergrenze des Flächenverhältnisses S&sub1;/S&sub2; der Form bei 0,50.
Liegt das Verhältnis S&sub1;/S&sub2; über 0,5, würde die relative Dichte des Formmaterials auf
fast dem gleichen Niveau liegen wie bei einem konventionellen Gußstück und so den
Vorteil bei der Verwendung eines solchen Halbschmelz-Spritzgußverfahrens wieder
zunichte machen.
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In dem Fall, in dem ein dickwandiges Produkt geformt wird, kann die Schmelze, die
in die entsprechenden dicken Abschnitte des Hohlraums eingefüllt wird, wenn sie
schließlich erstarrt, eher dazu neigen, Lunker oder Fehlstellen in dem Abschnitt zu
bilden. In diesem Fall sollten Kernstifte in den inneren Hohlraumabschnitt der Form
eingeführt werden, und dann dazu verwendet werden, das geschmolzene Metall
gleich nach dem Gießen zu pressen, indem die Kernstifte im Hohlraum sofort nach
dem Eingießen nach innen gedrückt werden und so Lunkern vorbeugen, die
während der Erstarrung entstehen können. So führen die Kernstifte dazu, daß die
halb-geschmolzene Legierung, die fest wird, plastisch fließt, was dazu führt, daß die
Lunker des Produkts zerkleinert werden.
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Bei diesem dickwandigen Produkt werden jedoch, da der Anteil der festen Fraktion
(eine Volumenfraktion der Festphase in der halb-geschmolzenen Schmelze) in der
Schmelze niedrig ist, eher Gasdefekte in dem Legierungsprodukt entstehen. Ist die
feste Fraktion niedriger als 10% führt das dazu, daß sich sowohl die relative Dichte
als auch die Zugfestigkeit schnell verringern, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt.
Demgemäß wird zur Herstellung eines dickwandigen Produktes Halbschmelz-
Spritzgießen durchgeführt, wenn die feste Fraktion nicht unter 10% liegt.
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Nimmt die feste Fraktion ab, wird, wie in Fig. 6 dargestellt, die durchschnittliche
Feststoffkorngröße eher kleiner werden, und die Kriecheigenschaften bei hohen
Temperaturen werden eher niedriger werden. Um die gewünschten
Kriecheigenschaften zu erhalten, muß das Spritzgießen unter Bedingungen
durchgeführt werden, bei denen nicht nur der Anteil der festen Fraktion nicht unter
10% liegt, sondern auch die durchschnittliche Kristallkorngröße in der Festphase,
die in der Schmelze enthalten ist, nicht unter 50 um liegt.
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Die relative Dichte des spritzgegossenen Materials der vorliegenden Erfindung kann
verbessert werden, indem es gegebenenfalls gepreßt oder geschmiedet wird. Die
Verstreckungsrate (das Verhältnis der Differenz der Anfangsdicke und der
deformierten Dicke des Materials im Verhältnis zur Anfangsdicke) aufgrund von ·
Pressen oder Schmieden sollte auf nicht unter 25% eingestellt werden. Der Grund
hierfür ist, daß sich, wie in Fig. 4 dargestellt, die relative Dichte durch die
Verstreckung bei 20% schnell erhöht und bei 25% gesättigt ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird angewendet auf eine Magnesium-basierende
Legierung als die Leichtmetallegierung, die 4 bis 9,5 Gew.-% Aluminium als
Hauptlegierungskomponente enthält. Liegt der Aluminiumgehalt unter 4 Gew.-%, ist
eine Verbesserung der mechanischen Festigkeit nicht zu erwarten. Andererseits
kann ein Gehalt der über 9,5 Gew.-% liegt zu einer deutlich geringeren Formbarkeit
führen (indem die Stauchrate begrenzt wird).
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Die Magnesium-basierende Leichtmetallegierung, die durch das vorliegende
Verfahren erhalten wird, wird vorzugsweise einer Hitzebehandlung unterzogen für
Tempergrad T6 (bestehend aus einer Lösungsbehandlung, gefolgt von künstlicher
Alterung oder einer einfachen Alterungshärtungsbehandlung), um die mechanische
Festigkeit weiter zu verbessern.
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So kann die vorliegende Erfindung ein geformtes Material aus einer Magnesium-
basierenden Leichtmetallegierung ohne Gasdefekte mittels Spritzguß liefern, so daß
dieses geformte Material, auch wenn es als Rohform vorliegt, zu einem Endprodukt
geschmiedet werden kann, das über ausgezeichnete mechanische Festigkeit und
über präzise Abmessungen verfügt.
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Die Fig. 1A bis 1F sind Ansichten, die alle Schritte eines Halbschmelz-
Formgußvorgangs zeigen, einschließlich eines erfindungsgemäßen
Schmiedevorgangs.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstellung, die eine Formanordnung für das
Halbschmelz-Formgußverfahren der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Verhältnis der
Querschnittsfläche S&sub1; der Pforte zu der maximalen Querschnittsfläche S&sub2; in dem in
den Hohlraum gegossenen Produktteil und der relativen Dichte des Produkts zeigt,
das mittels des Halbschmelz-Formgußverfahrens aus der Magnesiumlegierung
hergestellt wurde.
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der
Walzenflächenverminderung und der relativen Dichte des Produkts zeigt, das mittels
des erfindungsgemäßen Spritzgießens des halb-geschmolzenen Materials erhalten
wurde.
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Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Festphasenfraktion und
der stationären Kriechgeschwindigkeit des erfindungsgemäß spritzgegossenen
Materials zeigt.
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Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der mittleren Korngröße der
Festphase in der halb-geschmolzenen Legierung und der stationären
Kriechgeschwindigkeit des erfindungsgemäß spritzgegossenen Materials zeigt.
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Fig. 7 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der festen Fraktion und der
relativen Dichte des erfindungsgemäß spritzgegossenen Materials zeigt.
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Fig. 8 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der festen Fraktion und der
Zugfestigkeit des erfindungsgemäß spritzgegossenen Materials zeigt.
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Fig. 9 ist ein Balkendiagramm, das die relative Dichte des erfindungsgemäß
spritzgegossenen Materials zeigt, verglichen mit einem konventionellen
Formgußverfahren.
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Fig. 10 zeigt eine Draufsicht des Gußhohlraums, angeordnet gemäß einer
Ausführungsform einer Form, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
wird.
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Fig. 11 ist eine Draufsicht, die den Gußhohlraum mit den Positionen zeigt, bei
denen beim konventionellen Spritzgießen häufig Penetration und Gußrisse
entstehen.
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Fig. 12 zeigt eine Draufsicht des Gußhohlraums in einer weiteren Ausführungsform
einer Form, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
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Fig. 13 zeigt eine Draufsicht des Gußhohlraums in noch einer weiteren
Ausführungsform einer Form, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet
wird.
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Fig. 14 ist eine Draufsicht, die wieder eine andere Ausführungsform einer Form
zeigt, die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet wird.
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Die Fig. 15A und 15B sind schematische Querschnitte, die ein Verfahren zeigen,
bei dem Pforte und Angußkanal von dem spritzgegossenen Produkt
erfindungsgemäß entfernt werden.
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Die Fig. 16A und 16B sind schematische Querschnitte, die ein verbessertes
Verfahren zur Entfernung von Pforte und Angußkanal von dem erfindungsgemäß
hergestellten Produkt zeigen.
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Fig. 17 ist ein Querschnitt, der eine nicht deformierte Fläche zeigt, die in einem
Metallblock während des Schmiedeschritts verbleibt.
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Die Fig. 18A und 18B sind schematische Querschnitte, die ein Profil des
spritzgegossenen Materials vor und nach dem Schmieden des besagten Materials
zeigen, welches durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten wird.
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Die Ausführungsform zur Realisierung der Erfindung wird bezugnehmend auf die
beiliegenden Abbildungen detailliert beschrieben.
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Eine Magnesium-basierende Legierung wird spritzgegossen, indem eine
Halbschmelz-Spritzgußmaschine verwendet wird, wie sie in den Fig. 1A und 1B
dargestellt ist. In diesen Figuren wird ein Zylinder 31 dargestellt, der innen mit einer
Schraube 32, einem Hochgeschwindigkeitseinspritz-Mechanismus 33 am hinteren
Ende und einer Form 4 am vorderen Ende ausgestattet ist. Die Form 4 umfaßt zwei
trennbare Halbformen 4a und 4b, die beide über Planflächen verfügen, die
miteinander in Kontakt sind, mit Wölbungen, die mindestens einen Hohlraum 40 für
den Formguß bilden.
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Eine Vielzahl von Heizelementen 35 werden um den Zylinder 31 angeordnet in
festen Abständen entlang der Achse des Zylinders, die dadurch das
Legierungsmaterial nacheinander erhitzen und schmelzen, während das Material
durch einen Trichter 36 eingefüllt wird, der an der Einlaßöffnung des Zylinders 31
angebracht ist.
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Das geschmolzene Material, das in dem Zylinder 31 auf eine gewünschte
Temperatur erhitzt wird, wird im Innern des Zylinders 31 unter Druck gesetzt, indem
der Schraubenrotor 32 in Richtung des vorderen Endes gedrückt und dann in den
Hohlraum der Form 4 eingespritzt, und dann zur Erstarrung gebracht, um einen
festen Körper gemäß dem inversen inneren Profil des Hohlraums 40 zu formen.
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Das spritzgegossene Produkt 1 mit einer rauhen Oberfläche wird entfernt, nachdem
die Halbformen 4a und 4b getrennt werden, wie in Fig. 1B dargestellt, und dann
zwischen den oberen und unteren Gesenkschmiedeformen 91 und 92 plaziert und
geschmiedet, wie in den Fig. 1C und 1D dargestellt. Das Produkt 1 wird von den
Gesenkschmiedeformen 91 und 92 getrennt, wie in Fig. 1E dargestellt, um ein
geschmiedetes Produkt 2, wie in Fig. 1F dargestellt, zu erhalten. Danach wird das
geschmiedete Produkt 2 maschinell veredelt und dann einer Wärmebehandlung zum
Tempergrad T6 unterzogen.
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In den folgenden Beispielen wurden die Legierungen A bis C als Magnesium-
basierende Legierungen verwendet, und als geeignete Gießmaschine kann das
Modell JLM-450E, hergestellt von Nippon Seikosho Co., unter den Bedingungen, wie
beispielsweise in Tabelle 2 gezeigt, verwendet werden.
Tabelle 1 Zusammensetzung der Magnesiumlegierung (Gew.-%)
Tabelle 2
Bedingungen für das Spritzgießen
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Einspritzdruck 80 MPa
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Einspritzgeschwindigkeit 2 m/s
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Formtemperatur 180ºC
Beispiel 1
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Die mechanisch geschnittenen Pellets der Magnesiumlegierung C, die gemäß
Tabelle 1 zusammengesetzt sind, werden in den Trichter 36 des oben genannten
Injektors gefüllt. In dem Heizzylinder 31, wird das Pulver auf eine Temperatur erhitzt,
die so gewählt ist, daß die Pellets nach und nach anfangen zu schmelzen, wenn sie
sich in einem Bereich von etwa 1/4 der gesamten Länge des inneren Zylinders des
Trichters befinden und die gewünschte feste Fraktion im Zustand eines
Fest/Flüssigphasengemisches in einem Bereich von etwa 1/2 der gesamten Länge
des Trichters erreichen. Unter Einstellung der Schmelze auf eine feste Fraktion von
etwa 10% vor dem Einspritzen, wurde sie in die Form eingespritzt, um so eine
durchschnittliche Feststoffkorngröße von etwa 50 um in der geschmolzenen
Legierung zu erhalten.
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Es wurde festgestellt, daß eine signifikante Veränderung der relativen Dichte
entsteht, wenn das Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; der Querschnittsfläche S&sub1; der Pforte zur
maximalen Querschnittsfläche S&sub2; des inneren Hohlraumabschnitts, die fast
orthogonal zur Fließrichtung des geschmolzenen Metalls ist, dargestellt als Pfeil in
dem schematischen Diagramm der Formanordnung von Fig. 2, bei 0,06 liegt. Fig.
3 zeigt, daß, wenn das Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; über 0,06 liegt, die relative Dichte bei
99% gesättigt ist.
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Dann wurde ein Versuchsstück mit einem Durchmesser von 16 cm und einer Länge
von 22,5 mm, einer relativen Dichte von 96% aus dem spritzgegossenen Material
aus der oben genannten Legierung C hergestellt und bei einer Temperatur von 300
ºC in verschiedenen Schmiedeverstreckungs-Prozentsätzen geschmiedet. Die
Beziehung zwischen der Schmiedeverstreckung und der relativen Dichte des
Produkts wird in Fig. 4 dargestellt. Die relative Dichte steigt mit dem Anstieg der
Schmiedeverstreckung. Die relative Dichte beträgt 99% bei einer
Schmiedeverstreckung von 25% und ist mit der höheren Verstreckung gesättigt.
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Die spritzgegossenen Materialien wurden hergestellt durch Spritzgießen der oben
genannten Legierung C unter der Bedingung, daß die durchschnittliche
Feststoffkorngröße auf 50 um gesetzt ist und die feste Fraktion verändert wird,
indem eine Form verwendet wird mit einem Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; von 0,1. Die
Kriecheigenschaften des so erhaltenen spritzgegossenen Materials wurden bei 125
ºC und 50 MPa geprüft. Die feste Fraktion wurde bestimmt, indem man das
Flächenverhältnis in der Mikrostruktur des geformten Produkts mittels Bildanalyse
gemessen hat.
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Wie aus Fig. 5 hervorgeht, verringert sich die stationäre Kriechgeschwindigkeit
(· 10&supmin;³%/h) mit einem Anstieg der festen Fraktion, und die ausgezeichneten
Hochtemperatur-Kriecheigenschaften werden erhalten, wenn der Anteil der festen
Fraktion nicht unter 10% liegt.
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Um die Kriecheigenschaften zu untersuchen, wurden die spritzgegossenen
Materialien unter Verwendung einer Form mit einem Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; von 0,1
hergestellt, indem man die gleiche Legierung C unter den Bedingungen
spritzgegossen hat, bei denen die durchschnittliche feste Fraktion konstant gehalten
und die durchschnittliche Kristallkorngröße (um) der Festphase in der Schmelze
verändert wurde.
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Die stationären Kriechgeschwindigkeiten der erhaltenen spritzgegossenen
Versuchsstücke wurden bei 125ºC bei einer konstant angewendeten Zugspannung
von 50 MPa untersucht. Fig. 6 zeigt die erhaltene Beziehung zwischen der
Feststoffkorngröße und der stationären Kriechgeschwindigkeit, bei der die stationäre
Kriechgeschwindigkeit abnimmt, während die Feststoffkorngröße zunimmt. Daraus
folgt, daß die ausgezeichneten Hochtemperatur-Kriecheigenschaften bei einer
Feststoffkorngröße von nicht unter 50 um erhalten werden.
Beispiel 2
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Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 beschrieben, abgesehen davon, daß die
Legierungen A und B, wie in Tabelle 1 spezifiziert, verwendet wurden, wurde das
Spritzgießen durchgeführt und die Beziehung zwischen der festen Fraktion und der
relativen Dichte der Legierungen A und B wurde untersucht, wobei die Korngröße
der Festphase auf 50 um eingestellt wurde.
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Die Ergebnisse werden in Fig. 7 dargestellt. Liegt der Anteil der festen Fraktion
unter 10%, verringert sich die relative Dichte schnell und liegt der Anteil über 10%,
steigt die relative Dichte nach und nach an. Es wurde also festgestellt, daß eine
hohe relative Dichte erhalten wird, wenn der Anteil der festen Fraktion über 10%
liegt, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Legierung.
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Die Legierung B neigt dazu, als Schmelze in einem Formhohlraum schlechter zu
laufen, und neigt dazu als Festphase eine geringere Dichte zu haben als die
Legierung A, wenn die gleichen Formbedingungen bei beiden Legierungen
angewendet werden.
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Für Legierung A mit der Feststoffkorngröße von 50 um wird die Beziehung zwischen
der festen Fraktion (%) und der Zugfestigkeit (MPa) in Fig. 8 dargestellt. Es wurde
außerdem festgestellt, daß die Veränderungsrate der Zugfestigkeit zur festen
Fraktion bei einem Anteil der festen Fraktion von 10% variiert. Dementsprechend ist
es notwendig, das Spritzgießen ohne Gaseinschlüsse durchzuführen, indem man
eine Form verwendet, deren Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; nicht unter 0,06 liegt, um eine
hohe Zugfestigkeit zu erhalten. Es wurde ebenfalls festgestellt, daß es notwendig ist,
das Spritzgießen mit einem Anteil der festen Fraktion von nicht unter 10%
durchzuführen.
Beispiele 3 und 4 und Vergleichsbeispiel 1
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Die Legierung C wurde unter Verwendung einer Form mit einem Flächenverhältnis
S&sub1;/S&sub2; von 0,2 bei einem Anteil der festen Fraktion von 10% auf die gleiche Weise,
wie in Beispiel 1 beschrieben, spritzgegossen.
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In Beispiel 3 wurde der Formhohlraum 5 Sekunden lang vor dem Einspritzen
evakuiert und der Einspritzdruck auf die Schmelze, die in den Hohlraum gefüllt wird,
wurde bei 80 MPa aufrechterhalten bis die Erstarrung der Schmelze abgeschlossen
war.
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In Beispiel 4 wurde die Evakuierung nicht durchgeführt und der Einspritzdruck wurde
bei 80 MPa gehalten bis die Erstarrung abgeschlossen war.
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Im Vergleichsbeispiel 1 wurde die Evakuierung nicht durchgeführt und der
Einspritzdruck wurde auf einem niedrigeren Niveau von 25 MPa gehalten bis die
Erstarrung abgeschlossen war.
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Wie aus den Ergebnissen, die in Fig. 9 dargestellt sind, hervorgeht, ist die
Kombination von Evakuierung des Formhohlraums und das Aufrechterhalten des
Einspritzdrucks wirkungsvoll zur Verbesserung der relativen Dichte, da sie
Gasdefekten und Lunkern während des Formpressens vorbeugt.
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Das Aufrechterhalten des Einspritzdrucks wird durchgeführt mit dem Ziel, einen nicht
druckgeladenen Zustand zu vermeiden, der durch eine Arbeitspause verursacht wird,
die entsteht, indem man einen Druckventilschalter an- und ausschaltet. Wie in Fig.
10 dargestellt, kann ein Filter 44f, der über Poren mit einem kleineren Durchmesser
verfügt als der der Feststoffkorngröße der Festphase in der geschmolzenen
Leichmetallegierung, in die Form eingebaut werden, der es dann ermöglicht, das
geschmolzene Metall von dem Evakuierungsweg 44p der Form fernzuhalten.
Beispiel 5
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In Fig. 11 wird die Legierung, da sie dazu neigt, Gußrisse in dem Formkörper zu
bekommen oder beim Formen im Formhohlraum festzukleben, in einer Form mit
einem Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2; von nicht unter 0,06 spritzgegossen, wobei das
Festkleben des Körpers an der Form an der Warmklebeposition 47 bei der der
Abstand zwischen dem Wandabschnitt des Hohlraums, der zum ersten Mal mit dem
geschmolzenen Metall in Kontakt kommt, und einer Pforte 42 am kleinsten ist,
stattfindet. Andererseits treten Gußrisse häufig an Position 46 in dem Hohlraum auf,
an der der letzte Strom des geschmolzenen Metalls schon mit einer großen Menge
wieder abgekühlten und erstarrten Metalls, das in der Schmelze enthalten ist,
schließlich ankommt.
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Daher sollte die Position der Pforte in der Form so liegen, daß der Abstand zwischen
der Seitenwand des Hohlraums, die zuerst in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall
kommt und der Pforte so weit wie möglich verlängert werden und das Design der
Form so gestaltet werden, daß die Geschwindigkeit des geschmolzenen Metalls
reduziert wird, wenn die Seitenwand der Form damit in Kontakt kommt. In dem Fall,
in dem zum Beispiel ein ringförmiges Produkt geformt werden soll, sollten zumindest
die zwei Pforten 42 und 42 voneinander getrennt um den Rand des Ringes
angebracht werden, wie in Fig. 12 dargestellt, um dadurch die
Einspritzgeschwindigkeit des geschmolzenen Metalls von den Pforten auf nicht unter
30 m/s einzustellen, und einen Strom von geschmolzenem Metall entlang der
Tangente zur Mitte des Rings zu führen.
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In einem weiteren Beispiel wird gemäß Fig. 13 ein poröses Material 46 an den
Seitenwänden des Hohlraums angebracht, um zuerst in Kontakt mit dem
eingespritzten geschmolzenen Metall zu kommen und dadurch zu ermöglichen, die
Geschwindigkeit des Metallstroms zu verringern, wenn die Seitenwand der Form mit
dem geschmolzenen Metall in Kontakt kommt. Außerdem sollte die feste Fraktion
vorzugsweise in dem Abschnitt der Schmelze erhöht werden, den das geschmolzene
Metall zuletzt erreicht.
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Außerdem sollte die Temperatur der Schmelze in den jeweiligen Erwärmungszonen
durch die Heizvorrichtungen 35 um den Spritzzylinder 31 kontrolliert werden, um die
feste Fraktion in der geschmolzenen Legierung in Längsrichtung entlang dem
Zylinder 31 zu verändern, wie in Fig. 1A dargestellt. Indem man die feste Fraktion
im Innern des Zylinders 31 in einem Teil der vorliegenden Schmelze erhöht, zum
Beispiel an dessen Rückseite, wird es möglich, die feste Fraktion in dem Abschnitt
des Hohlraums zu erhöhen, den das geschmolzene Metall zuletzt erreicht.
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Der Hohlraum der Form kann die Form eines rechteckigen Hexaeders haben. In
diesem Fall ist die Pforte 42 verbunden mit dem Angußkanal 41, der im Endabschnitt
des Hohlraums 40 angebracht werden sollte, verlängert in Längsrichtung, wie in
Fig. 14 dargestellt, um den Abstand zwischen der Seitenwand des Hohlraums 40
zu verlängern, um so lange wie möglich in Kontakt mit dem ersten geschmolzenen
Metall zu sein.
Beispiel 6
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In der vorliegenden Erfindung wird es, wenn die Querschnittsfläche der Pforte 42 auf
ein Flächenverhältnis S&sub1;/S&sub2;, das über 0,06 liegt, erhöht wird, häufiger zu einem
Abplatz- oder Bruchdefekt am Fußteil der Pforte 12 des Produkts 1 bei der Trennung
vom Angußkanal 11 kommen, wenn er, wie in den Fig. 15A und 15B dargestellt,
an der Pforte abgeschnitten wird.
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Daher sollte eine zweistufige Pfortenanordnung gebildet werden, wie in Fig. 16A
gezeigt, wobei die Fläche der Pforte 12a (zum Beispiel Querschnitt der Pforte; 4 mm
breit, 2,0 mm dick) auf der Hohlraumseite (Produktseite) größer ist als die der Pforte
12b (zum Beispiel, Querschnitt der Pforte; 4 mm breit, 1,7 mm dick), die auf der
Seite des Angußkanals liegt und etwa 0,1 mm von dem Hohlraum entfernt ist. Nach
dem Formen wird das Produkt an der schmaleren (dünneren) Pforte 12b von dem
Angußkanal 11 getrennt, indem der Angußkanal gebogen wird, und der verbleibende
Abschnitt des Angußkanals oder der Pforte 12a, auf der Produktoberfläche wird
dann geschliffen, um entfernt zu werden. Folglich kann die glatte Oberfläche in
diesem Bereich des Produkts leicht erhalten werden ohne einen Abplatzdefekt
aufgrund der Pforte zu bilden, wie in Fig. 16B dargestellt.
Beispiel 7
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Beim gleichmäßigen Schmieden wird ein Paar von nicht deformierten Regionen 18
und 18 in dem Material 1 unter dem Zentrum der oberen und unteren Oberflächen
gebildet, welche an den gegenüberliegenden Seiten gegeneinander gepreßt werden,
wie in Fig. 17 dargestellt, und in diesem Bereich können Lunker verbleiben, ohne
daß sie zerstoßen werden. Um die Dichte des spritzgegossenen Produkts 1 zu
erhöhen, sollte das Produkt bei der minimalen Schmiedeverstreckung von nicht unter
25% geschmiedet werden, nicht nur in dem nicht deformierten Bereich, sondern
auch im Zentrum der oberen und unteren Oberflächen. Um ein Produkt mit einem
rechteckigen Querschnitt zu schmieden, kann das spritzgegossene Produkt 1 vorher
zu einem walzenförmigen Querschnitt geformt werden, bei dem das Zentrum der
oberen und unteren Oberflächen, die gepreßt werden sollen, erweitert wird, wie in
Fig. 18A dargestellt, und dann kann so ein spritzgegossenes Produkt 1
geschmiedet werden, um die Abschnitte unter den gewölbten Walzenoberflächen mit
einer höheren Schmiedeverstreckung zu formen. So wird ein geschmiedetes Produkt
2 mit einem rechteckigen Querschnitt mittels Schmieden gebildet, wie in Fig. 18B
dargestellt.
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Wie oben beschrieben, wurden die verschiedenen Wirkungen der vorliegenden
Erfindung unter Verwendung der Magnesiumlegierungen in diesen Beispielen
bestätigt. Die Beziehungen der festen Fraktion und der Korngröße zu der
mechanischen Festigkeit oder den Kriecheigenschaften sind Phänomene, die von
besonderem Interesse für Leichtmetallegierungen sind, die in einem
halbgeschmolzenen Zustand spritzgegossen werden und daher ist das Verfahren der
vorliegenden Erfindung auf Leichtmetallegierungen, die Magnesium und Aluminium
enthalten, breit anwendbar, um diese mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Liste von zusätzlichen Referenzzahlen
Fig. 2
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40: Hohlraum
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41: Angußkanal
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42: Pforte
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43: innerer Hohlraumabschnitt
Fig. 10
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4: Form
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40: Hohlraum
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41: Angußkanal
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42: Pforte
Fig. 11
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4: Form
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40: Hohlraum
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41: Angußkanal
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43: innerer Hohlraumabschnitt
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44: Überlaufabschnitt
Fig. 12
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4: Form
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41: Angußkanal
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43: innerer Hohlraumabschnitt
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44: Überlaufabschnitt
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Fig. 13
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4: Form
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41: Angußkanal
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42: Pforte
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44: Überlaufabschnitt
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45: Abschnitt der Form
mit erhöhter fester
Fraktion in der
Schmelze
Fig. 14
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4: Form
Fig. 15A + 15B
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13: spritzgegossenes Produkt
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19: fehlender Teil des Produkts
Fig. 16A + 16B
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1: Form
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13: spritzgegossenes Produkt