ES2341247T3 - Procedimiento y aparato para preparar una aleacion metalica. - Google Patents
Procedimiento y aparato para preparar una aleacion metalica. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2341247T3 ES2341247T3 ES04716156T ES04716156T ES2341247T3 ES 2341247 T3 ES2341247 T3 ES 2341247T3 ES 04716156 T ES04716156 T ES 04716156T ES 04716156 T ES04716156 T ES 04716156T ES 2341247 T3 ES2341247 T3 ES 2341247T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- solid
- dendritic
- cooling
- suspension
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 31
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 89
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 44
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 69
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 69
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 63
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 57
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 36
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 10
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 9
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 claims description 5
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 claims description 5
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 5
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 7
- 239000002002 slurry Substances 0.000 abstract 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 23
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 11
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 5
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 3
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 3
- -1 or the eutectic Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000684 Cobalt-chrome Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000611 Zinc aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N [Cr].[Co] Chemical compound [Cr].[Co] WAIPAZQMEIHHTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N [Mg].[Zn] Chemical compound [Mg].[Zn] PGTXKIZLOWULDJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N alumane;zinc Chemical compound [AlH3].[Zn] HXFVOUUOTHJFPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N aluminum magnesium Chemical compound [Mg].[Al] SNAAJJQQZSMGQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000010952 cobalt-chrome Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000007970 homogeneous dispersion Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011164 primary particle Substances 0.000 description 1
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 229910001174 tin-lead alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012549 training Methods 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
- B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/12—Making non-ferrous alloys by processing in a semi-solid state, e.g. holding the alloy in the solid-liquid phase
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S164/00—Metal founding
- Y10S164/90—Rheo-casting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Continuous Casting (AREA)
- Superconductors And Manufacturing Methods Therefor (AREA)
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Un método para producir un componente metálico a partir de una composición de aleación metálica líquida, que comprende: formar una composición de aleación metálica líquida que esté exenta de material sólido; poner una cantidad de la composición de aleación metálica líquida en un vaso (12) de termotratamiento; insertar un agitador (14) de grafito en la composición de aleación metálica líquida en el vaso de termotratamiento; agitar la composición de aleación metálica líquida con el agitador de grafito mientras que se enfría la composición de aleación metálica para iniciar la solidificación y formar una suspensión (18) semisólida, no dendrítica; cesar la agitación y retirar el agitador de grafito de la suspensión semisólida, no dendrítica, después de que el contenido de sólidos de la suspensión se haya elevado hasta un valor del 1% al 20% en peso; enfriar la suspensión semisólida, no dendrítica, sin agitación hasta que el contenido de sólidos se haya elevado hasta un valor del 10% al 65%; y transferir la suspensión semisólida, no dendrítica, que tiene un contenido de sólidos del 10% al 65% a un aparato para conformar un componente y dar forma al material transferido en el componente metálico deseado.
Description
Procedimiento y aparato para preparar una
aleación metálica.
Esta solicitud reivindica la prioridad, de
conformidad con 35 U.S.C. \NAK 119(e), sobre la solicitud
provisional Nº 60/451.748, titulada PROCESS AND APPARATUS FOR
PREPARING A METAL ALLOY (Procedimiento y aparato para preparar una
aleación metálica), presentada el 4 de marzo de 2003 por James A.
Yurko y colaboradores, cuya descripción completa se incorpora aquí
por referencia, y reivindica la prioridad, de conformidad con 35
U.S.C. \NAK 119(e), sobre la solicitud provisional Nº
60/476.438, titulada PROCESS AND APPARATUS FOR PREPARING A METAL
ALLOY (Procedimiento y aparato para preparar una aleación metálica),
presentada el 6 de junio de 2003 por James A. Yurko y
colaboradores, cuya descripción completa se incorpora aquí por
referencia.
Esta invención se refiere al conformado
industrial de metales, y más concretamente a un aparato y a un
procedimiento para conformar componentes metálicos a partir de
suspensiones metálicas, semisólidas, no dendríticas.
Es bien reconocido que la mayoría de las
composiciones de aleaciones metálicas solidifican dendríticamente.
Es decir, las partículas dendríticas, o en forma de árbol, crecen a
partir de núcleos a medida que la composición de aleación se enfría
por debajo de la temperatura de liquidus. Es también bien conocido
que se proporcionan ciertas ventajas fragmentando las partículas
dendríticas o evitando el crecimiento dendrítico durante la
solidificación, para formar partículas no dendríticas o dendríticas
degeneradas que tengan, por lo general, forma elipsoidal o
esferoidal. Más específicamente, se ha descubierto que se pueden
conseguir diversas ventajas en el tratamiento y en las propiedades
físicas colando o conformando de otra manera componentes metálicos a
partir de suspensiones metálicas, semisólidas, no dendríticas. Las
partículas metálicas no dendríticas de la suspensión semisólida,
proporcionan una viscosidad sustancialmente reducida para una
fracción de sólidos dada, comparada con una composición de aleación
metálica que contenga partículas dendríticas. Con frecuencia, la
diferencia en la viscosidad es de varios órdenes de magnitud.
Los beneficios resultantes del conformado con
metal semisólido, no dendrítico, incluyen el conformado de piezas a
velocidad más alta, la colada continua a alta velocidad, una erosión
más baja del molde, un consumo más bajo de energía, el llenado
mejorado del molde, unos óxidos reducidos que proporcionan una
maquinabilidad mejorada en los componentes metálicos acabados, y
menos oclusión de gases que da como resultado una porosidad
reducida. Otras ventajas de colar o de conformar de otra manera los
componentes metálicos, a partir de suspensiones semisólidas,
incluyen menos contracción durante el conformado de los componentes
metálicos, menos espacios vacíos y porosidad más baja en los
componentes metálicos conformados, menos macrosegregación, y
propiedades mecánicas (por ejemplo, resistencia) más uniformes.
También es posible conformar piezas más intrincadas usando
composiciones de aleación semisólidas, no dendríticas, durante la
colada u otras técnicas de conformado. Por ejemplo, son posibles
piezas que tengan paredes más delgadas con resistencia mejorada.
Se han preparado suspensiones semisólidas, no
dendríticas, para colada industrial y otros procedimientos de
conformado de metales usando un mezclado mecánico durante el
enfriamiento de la composición de aleación metálica líquida por
debajo de la temperatura de liquidus de la composición de aleación.
Otras técnicas que se han utilizado incluyen la agitación
electromagnética durante el enfriamiento (normalmente para
procedimientos de colada continua), el enfriamiento de una
composición metálica líquida mientras que pasa a través de un canal
tortuoso, largos tratamientos térmicos en la región de temperaturas
de los semisólidos, y otros. Estas técnicas son bien conocidas y se
han empleado de forma ventajosa en diversas aplicaciones
comercialmente importantes.
Más recientemente, se han creado suspensiones
semisólidas, no dendríticas, contando con el vertido de la aleación
fundida poco sobrecalentada en recipientes relativamente fríos (por
ejemplo, un crisol o la cámara fría de una máquina para fundir a
presión). Estos procedimientos cuentan con el enfriamiento de la
composición de aleación desde por encima de la temperatura de
liquidus hasta por debajo de la temperatura de liquidus durante la
acción del vertido, a medida que la aleación entra en contacto con
las paredes del vaso. El procedimiento es eficaz en la creación de
suspensiones semisólidas, no dendríticas; sin embargo hay
limitaciones del procedimiento. En primer lugar, el procedimiento
depende de la extracción de calor de las paredes del vaso. Es
difícil controlar la retirada del calor usando esta técnica debido
al cambio de temperatura de las paredes y a la discreta superficie
específica del cilindro. En segundo lugar, se crea convección por el
vertido; por lo tanto, si se introduce la aleación a una
temperatura demasiado alta, las fuerzas de convección se disipan
antes de que la aleación se enfríe a través del liquidus,
impidiendo la formación de suspensiones no dendríticas.
Los productos comerciales han incluido diversos
componentes de aleación de aluminio y de magnesio para aplicaciones
en automóviles, tales como cilindros principales de frenos, y
diversos componentes para los sistemas de dirección y de
suspensión. Otras aplicaciones reales o potenciales incluyen
balancines, pistones de motores, ruedas, componentes de la
transmisión, componentes del sistema de combustible, y componentes
del sistema de aire acondicionado.
Un problema con las técnicas conocidas para
formado una suspensión metálica semisólida, no dendrítica, usando
agitación mecánica, es que las superficies del agitador son mojadas
por el metal líquido de la suspensión. Como resultado, algo del
metal líquido procedente de la suspensión se pega a las superficies
del agitador cuando se retira de la suspensión. Cualquier metal
líquido que moje o se pegue a las superficies del agitador y/o del
vaso, solidifica rápidamente y forma un revestimiento metálico que
se debe retirar antes de que el agitador y/o el vaso se puedan
volver a usar para la preparación de más suspensión metálica
semisólida, no dendrítica. La retirada de depósitos metálicos de
las superficies del agitador es habitualmente difícil, necesita
tiempo, es caro, y lleva a tasas de producción más bajas. Los
materiales que tiene un mojabilidad reducida son habitualmente
inadecuados para usarlos en la manipulación de composiciones de
aleación metálica líquida (por ejemplo, debido a la falta de
propiedades mecánicas adecuadas en las altas temperaturas asociadas
con la producción de suspensiones metálicas semisólidas, no
dendríticas) y/o no tienen una conductividad térmica
suficientemente alta, adecuada para retirar rápidamente el calor de
las suspensiones metálicas semisólidas, no dendríticas. Se ha
conseguido una mojabilidad reducida aplicando revestimientos de baja
mojabilidad a las superficies de los agitadores metálicos. Se han
usado revestimientos de nitruro de boro sobre las superficies de
los agitadores y/o de los vasos para reducir con éxito la
mojabilidad, sin reducir negativamente la conductividad térmica.
Sin embargo, los revestimientos de nitruro de boro carecen de
resistencia estructural, y requieren su sustitución periódica.
Otro problema con los procedimientos
convencionales para preparar composiciones de aleaciones metálicas
semisólidas, no dendríticas, que tengan un contenido de sólidos
relativamente alto (por ejemplo, superior a aproximadamente el 10%)
es que se requiere habitualmente una cantidad considerable de tiempo
para enfriar la suspensión al contenido de sólidos deseado.
Habitualmente, la agitación de la composición de aleación tiene
lugar en un vaso cerámico o en un vaso previamente calentado, con
el fin de impedir la nucleación y la formación de sólidos en las
paredes del recipiente o del vaso en el que se realiza la agitación.
Como resultado, el enfriamiento tiene lugar de forma relativamente
lenta, dando como resultado tiempos largos de proceso y una
producción reducida. Se puede conseguir un enfriamiento rápido
usando un vaso frío que tenga la masa, conductividad térmica y
capacidad calorífica adecuadas. Sin embargo, esto puede conducir a
gradientes de temperatura inaceptablemente altos que no son
conducentes a la formación de suspensiones semisólidas, no
dendríticas, y/o al enfriamiento de la composición de aleación a
una temperatura que es inadecuada para conformar la composición de
aleación en un componente deseado.
La Patente de EE.UU. Nº 6.645.323 describe una
composición de aleación metálica, sin capa de escoria, que está
exenta de gases ocluidos y comprende dendritas discretas sólidas
primarias degeneradas, homogéneamente dispersas dentro de una fase
secundaria. La aleación descrita se forma mediante un procedimiento
en el que la aleación metálica se calienta en un vaso para volverla
líquida. Después de eso, se enfría mientras que se agita
vigorosamente bajo condiciones que eviten la oclusión de gases
mientras que se forman núcleos de sólidos homogéneamente
distribuidos en el líquido. El enfriamiento y la agitación se
consiguen utilizando una sonda giratoria fría que se extiende en el
líquido. La agitación cesa cuando el líquido contiene una pequeña
fracción sólida o la aleación sólido-líquido se
retira de la fuente de agitación, mientras que continúa el
enfriamiento, para formar las dendritas sólidas primarias
degeneradas en una fase líquida secundaria. La mezcla
sólido-líquido se forma luego, como tal, por colada.
Un problema con el procedimiento descrito en la Patente de EE.UU.
Nº 6.645.323 es que las sondas giratorias frías utilizadas para el
enfriamiento y la agitación, tienden a revestirse con el metal
líquido que se pega a las superficies del agitador. Como resultado,
el agitador, según se describe en esta patente, requiere una
frecuente limpieza y/o su sustitución. Además, persiste la
necesidad de mejorar el control sobre la cantidad de calor que se
extrae de la composición de aleación de aluminio. En ciertos
aspectos de esta invención, los procedimientos y aparatos se
proporcionan para superar estas
deficiencias.
deficiencias.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención proporciona un procedimiento
mejorado para producir una suspensión de aleación semisólida, no
dendrítica, para uso en el conformado de componentes metálicos. Más
específicamente, la invención proporciona un aparato y un
procedimiento que facilitan el enfriamiento más rápido de una
suspensión metálica semisólida, no dendrítica, y/o elimina o reduce
los problemas asociados con la acumulación y la retirada de metal de
las superficies del aparato que está en contacto con la
suspensión.
La invención se define en las reivindicaciones
independientes. Se establecen características preferidas u
opcionales en sus reivindicaciones dependientes.
Según un aspecto de la invención, se proporciona
un procedimiento para preparar una suspensión de aleación metálica
semisólida, no dendrítica, que utiliza un agitador de grafito. El
agitador de grafito tiene las propiedades de una adecuada
resistencia a altas temperatura, y una conductividad térmica que
facilita el rápido enfriamiento de una composición de aleación
líquida, mientras que también exhibe una mojabilidad relativamente
baja, por lo que la necesidad de retirar el metal de la superficie
del agitador, después de que el agitador se haya sacado de la
suspensión, se elimina o se reduce sustancialmente, y cualquier
metal que se acumule sobre el agitador se puede retirar con
facilidad. Por eso, se puede emplear un agitador de grafito para
retirar simultáneamente calor de la composición de aleación,
mientras que también se induce la convección que facilita la
formación de una composición de aleación semisólida, no dendrítica,
y mientras que se evita también la solidificación o el depósito de
metal, procedente de la suspensión, sobre el agitador.
Según la invención, el procedimiento enfría más
rápidamente una suspensión de aleación metálica semisólida, no
dendrítica, desde una temperatura a la cual la suspensión tiene un
contenido de sólidos relativamente bajo (por ejemplo, 1% a 10% en
peso) a una temperatura a la cual la suspensión tiene un contenido
de sólidos relativamente alto (por ejemplo, de 10% a 65% en peso).
El procedimiento implica el uso de un recipiente que tenga paredes
de un material que tenga una alta conductividad térmica que facilite
el enfriamiento rápido de la suspensión. Se pueden usar
ventiladores o soplantes para dirigir aire frío alrededor de las
paredes del recipiente.
Estas y otras características, ventajas y
objetos de la presente invención se entenderán y se apreciarán más,
por parte de los expertos en la materia, mediante la referencia a la
siguiente memoria descriptiva, reivindicaciones y dibujos
adjuntos.
La Figura 1 es una ilustración esquemática de un
aparato según una realización de la invención.
La Figura 2 es una ilustración esquemática de
otra realización según la invención.
En la Figura 1 se muestra un aparato 10 para
preparar una composición de aleación metálica semisólida, no
dendrítica, según una realización de esta invención.
Una composición de aleación metálica semisólida,
no dendrítica, es una composición que contiene metal líquido y
partículas de aleación sólidas, discretas y no dendríticas,
dispersas en el metal líquido. Las partículas no dendríticas son
partículas que generalmente tienen forma esferoidal o elipsoidal, y
que se forman como resultado de la convección en la fase líquida
durante la nucleación y el enfriamiento del líquido por debajo de
la temperatura de liquidus de la composición de aleación. Una teoría
aceptada es que las partículas no dendríticas se forman como
resultado de la convección, que origina que se partan los brazos
dendríticos que crecen, con la posterior maduración que ayuda a que
las partículas sen resuelvan en las formas esferoidal y/o
elipsoidal características. Por esta razón, las partículas no
dendríticas son denominadas algunas veces partículas dendríticas
degeneradas.
El aparato incluye un primer vaso 12 de
termotratamiento para recibir y tratar térmicamente una composición
de aleación líquida, mientras que se inserta un agitador 14 en la
composición de aleación líquida y gira para inducir una convección
en la composición de aleación líquida. El agitador también conduce
el calor desde la composición de aleación e induce la nucleación.
Como resultado de enfriar la composición de aleación líquida desde
una temperatura justo por encima de la temperatura de liquidus a una
temperatura por debajo de la temperatura de liquidus, mientras que
se agita la composición, las partículas 16 sólidas no dendríticas se
desarrollan a partir del líquido para formar una suspensión 18
semisólida. Deseablemente, el agitador está hecho de un material, y
tiene una masa, que consigue la rápida retirada del calor de la
composición de aleación a medida que la temperatura de la
composición de aleación baja desde una temperatura ligeramente por
encima de la temperatura de liquidus a una temperatura unos pocos
grados por debajo de la temperatura de liquidus. Es decir, el
agitador 14 está deseablemente diseñado para retirar rápidamente la
cantidad de calor necesaria para establecer una composición de
aleación metálica semisólida, no dendrítica, que tenga habitualmente
un contenido de sólidos desde aproximadamente el 1% hasta
aproximadamente el 20% en peso. La duración de la agitación mediante
el agitador controla la cantidad de calor extraído de la
composición de aleación de aluminio. Por lo tanto, si hay
variaciones en la temperatura inicial del metal, la duración de la
agitación se controla para que dé como resultado un producto con
temperatura parecida. La temperatura del metal se puede determinar
usando alguno de los diversos dispositivos tales como un pirómetro
óptico, un termopar, etc.
El agitador 14 puede, por ejemplo, tener forma
cilíndrica. Por eso, el agitador 14 puede diferir significativamente
de los agitadores convencionales que físicamente deshacen las
dendritas a medida que se forman. En vez de eso, un agitador
cilíndrico que consigue un rápido enfriamiento crea núcleos o
dendritas degeneradas que se distribuyen con la convección creada a
partir del movimiento del agitador. Por eso, no es necesario que las
suspensiones no dendríticas se formen usando una agitación mecánica
tradicional que físicamente fragmenta los brazos dendríticos.
Según una realización preferida de la invención,
el agitador está hecho de grafito. Será deseable proporcionar un
agitador no revestido que tenga la difusividad térmica deseada para
conseguir una rápida retirada del calor, lo cual es importante para
evitar que las superficies del agitador se aproximen a la
temperatura de liquidus de la composición de aleación, y la baja
mojabilidad deseada evite que el metal se acumule o se recoja sobre
las superficies del agitador cuando se saca de la suspensión
metálica. El grafito tiene una difusividad térmica relativamente
alta, por ejemplo comparable al cobre, y una mojabilidad
relativamente baja, por ejemplo comparable a un revestimiento de
nitruro de boro. Se ha descubierto que un agitador de grafito tiene
una resistencia y unas propiedades térmicas que son funcionalmente
equivalentes a las de los agitadores usados comúnmente para formar
suspensiones de aleaciones metálicas semisólidas, no dendríticas, y
la ventaja añadida de ser esencialmente no mojable para las
aleaciones metálicas líquidas. Como resultado, puede ser posible
usar repetidamente el agitador de grafito en varios ciclos por
separado sin tener que retirar la aleación metálica de la superficie
del agitador. Sin embargo, la superficie de la varilla debe estar a
una temperatura por debajo de la temperatura de liquidus de la
aleación para retirar rápidamente calor de la aleación fundida.
Además, cualquier metal acumulado se puede retirar fácilmente, por
ejemplo haciendo pasar las superficies del agitador de grafito
contra un casquillo.
El procedimiento de la invención comprende una
primera etapa para formar la composición de aleación metálica
líquida. La composición de aleación metálica líquida se pone dentro
de un vaso 12 y se enfría mientras que se agita vigorosamente la
aleación enfriada, como por ejemplo agitando bajo condiciones en las
que se forman partículas de núcleos sólidos mientras que se evita
la oclusión de gases dentro de la composición de aleación agitada.
La aleación se agita vigorosamente mientras que se enfría de una
manera tal que los núcleos sólidos se distribuyen por toda la
composición de aleación líquida metálica de forma sustancialmente
homogénea. La agitación se puede efectuar mientras que se utiliza
un intervalo de rápida velocidad de enfriamiento durante un corto
tiempo, como por ejemplo entre aproximadamente 1 segundo y
aproximadamente 1 minuto, preferiblemente entre aproximadamente 1 y
aproximadamente 30 segundos por encima de un intervalo de
temperatura que corresponde a una solidificación porcentual de la
aleación de entre aproximadamente 1 y aproximadamente el 20% en peso
de fracción de sólidos, preferiblemente entre aproximadamente 3 y
aproximadamente el 7% de fracción de sólidos. La agitación se puede
efectuar utilizando un agitador frío de cualquier manera que evite
la cavitación excesiva en la superficie del líquido para evitar,
por ello, la oclusión de gases en el líquido. El agitador puede
enfriarse haciendo pasar un fluido intercambiador de calor, como el
agua, por todo él. Los medios de agitación representativos
adecuados incluyen una, o una pluralidad de varillas cilíndricas
provistas de un medio de refrigeración, un agitador helicoidal, o
similares, que preferiblemente se prolonga en la profundidad del
líquido. El agitador se extiende en una porción de la profundidad
del líquido de hasta sustancialmente el 100% de la profundidad del
líquido para promover la dispersión homogénea de los núcleos
cristalinos. Se cesa luego la agitación en un procedimiento por
cargas, o la aleación sólido-líquido se retira de la
fuente de agitación en un procedimiento continuo. La composición de
aleación metálica sólido-líquido resultante se puede
enfriar luego dentro del vaso para efectuar la conformación de las
partículas esferoidales sólidas alrededor de las partículas de los
núcleos sólidos hasta una concentración en la que las partículas
sólidas esferoidales y/o elipsoidales, no dendríticas, aumentan la
viscosidad de la composición global sólido-líquido
donde se puede mover a una etapa de conformación, como por ejemplo
una etapa de colada. Generalmente, el tanto por ciento, en peso,
más alto de sólidos primarios no dendríticos está entre
aproximadamente el 40 y aproximadamente el 65 por ciento y,
preferiblemente, contiene del 10 al 50 por ciento, basado en el peso
total de la composición sólido-líquido. La
formación de partículas sólidas esferoidales y/o elipsoidales sin
agitación se efectúa por engrosamiento sin la formación de una red
de dendritas interconectadas. Ya que la agitación se efectúa
únicamente durante un corto periodo de tiempo, se evita la inclusión
de gases ocluidos dentro de la composición de aleación. Además, se
ha descubierto que operando de esta manera, se minimiza o se elimina
la macrosegregación de elementos a lo largo de todo el volumen del
producto de aleación metálica producido. La composición
sólido-líquido resultante se conforma luego, como
tal, por colada.
La composición de aleación metálica que
comprende las partículas sólidas de aleación metálica, no
dendríticas, y la fase líquida, se pueden formar a partir de una
diversidad de metales o de aleaciones que, cuando solidifican a
partir del estado líquido, sin agitación, forman una estructura de
red dendrítica. Las partículas no dendríticas están compuestas de
una única fase primaria que tiene una composición media diferente a
la composición media de la fase secundaria que la rodea (sólida o
líquida, dependiendo de la temperatura), fase secundaria que puede,
ella misma, comprender las fases primaria y secundaria tras la
solidificación adicional.
Los sólidos no dendríticos (dendritas
degeneradas) se caracterizan por tener superficies más suaves y
estructuras menos ramificadas que se aproximan a una configuración
más esférica que las dendritas normales y no tienen una estructura
dendrítica donde se efectúa la interconexión de las partículas
primarias para formar una estructura de red dendrítica. Además, los
sólidos primarios están sustancialmente exentos de eutécticos. Por
el término "sólido secundario", según se usa aquí, se entiende
la fase o fases que solidifican a partir del líquido que se
extingue en la suspensión a una temperatura más baja que en la que
se forman las partículas sólidas dendríticas. Normalmente, las
aleaciones solidificadas tienen dendritas ramificadas separadas unas
de otras en las primeras etapas de solidificación, es decir hasta
el 15 al 20 por ciento, en peso, de sólidos, y se desarrollan en
una red interconectada a medida que la temperatura se reduce y la
fracción de sólidos, en peso, aumenta. La composición que contiene
sólidos primarios, no dendríticos, de esta invención, evita por
otro lado la formación de la red interconectada manteniendo las
partículas no dendríticas, discretas, separadas unas de otras
mediante la fase líquida incluso hasta con fracciones de sólidos de
aproximadamente el 65 por ciento en peso.
El sólido secundario que se forma durante la
solidificación a partir de la fase líquida, posterior a la formación
del sólido no dendrítico, contiene una o más fases del tipo que se
obtendría durante la solidificación mediante procedimientos
convencionales de formación. Es decir, la fase secundaria comprende
soluciones sólidas, o mezclas de dendritas, compuestos y/o
soluciones sólidas.
El tamaño de las partículas no dendríticas
depende de la composición de la aleación o del metal empleado, la
temperatura de la mezcla sólido-líquido, y el tiempo
que gasta la aleación en el intervalo de temperatura
sólido-líquido. En general, el tamaño de las
partículas primarias depende de la composición, la historia
termo-mecánica de la suspensión, el número de
núcleos cristalinos formados, la velocidad de enfriamiento, y puede
variar desde aproximadamente 1 a aproximadamente 10.000
micrómetros, y están distribuidas homogéneamente, en tamaño, por
toda la composición de la aleación metálica. Se prefiere que la
composición contenga entre 10 y 50 por ciento en peso de sólidos
primarios, ya que estas composiciones tienen una viscosidad que
fomenta la facilidad de la colada o del conformado.
La composición de esta invención se puede formar
a partir de cualquier sistema de aleación metálica que, cuando
solidifica a partir del estado líquido, forma una estructura
dendrítica. Incluso aunque los metales puros y los eutécticos
funden a una única temperatura, se pueden emplear para formar la
composición de esta invención ya que pueden existir en equilibrio
sólido-líquido en el punto de fusión controlando la
entrada o la salida del calor neto a la masa fundida, de forma que,
en el punto de fusión, el metal puro o el eutéctico contengan
suficiente calor para fundir únicamente una porción del metal, o del
eutéctico, líquido. Esto sucede ya que no se puede obtener la
retirada completa del calor de fusión, en una suspensión empleada en
el proceso de colada de esta invención, igualando la energía
térmica suministrada y la retirada por el medio ambiente
refrigerante que lo rodea. Las aleaciones adecuadas representativas
incluyen, pero no se limitan a, aleaciones de plomo, aleaciones de
magnesio, aleaciones de cinc, aleaciones de aluminio, aleaciones de
cobre, aleaciones de hierro, aleaciones de cobalto. Son ejemplos de
estas aleaciones las aleaciones de plomo-estaño,
aleaciones de cinc-aluminio, aleaciones de
cinc-cobre, aleaciones de
magnesio-aluminio, aleaciones de
magnesio-aluminio-cinc, aleaciones
de magnesio-cinc, aleaciones de
aluminio-silicio, aleaciones de
aluminio-cobre-cinc-magnesio,
bronces de cobre-estaño, latón, bronces de
aluminio, aceros, hierros colados, aceros para herramientas, aceros
inoxidables, superaleaciones, y aleaciones de
cobalto-cromo, o metales puros tales como hierro,
cobre o aluminio.
En la Figura 2 se muestra una realización
alternativa de la invención que incluye un aparato 10, generalmente
similar al de la realización mostrada en la Figura 1, pero que
incluye un vaso 20 de enfriamiento al que se transfiere la
suspensión 18 después de que se haya completado la agitación en el
vaso 12 de termotratamiento y el contenido de sólidos se haya
elevado hasta un valor desde aproximadamente el 1% hasta
aproximadamente el 20%. El vaso 20 de enfriamiento tiene paredes 22
que están hechas de un material que tiene una alta conductividad
térmica. Las paredes 22 del vaso se pueden diseñar con una capacidad
calorífica total (la capacidad calorífica específica de las paredes
determina la masa de las paredes) que permite el rápido equilibrio
de la temperatura de las paredes 22 con una cantidad dada de
suspensión 18, para conseguir el rápido enfriamiento de la
suspensión hasta dar el contenido de sólidos deseado cuando las
paredes 22 del vaso se mantienen a una temperatura predeterminada
relativamente fría, antes de ponerse en contacto con la suspensión.
Se puede emplear un ventilador o soplante 24 para producir altas
tasas de transferencia de calor desde la suspensión a través de las
paredes 22, y desde las paredes 22 al aire que lo rodea, por lo que
se produce el rápido enfriamiento de la suspensión 18. Esto permite
tasas de producción más altas.
Los materiales adecuados que tienen alta
conductividad térmica, que se pueden incluir en la fabricación de
las paredes del vaso 20, incluyen acero, acero inoxidable y grafito.
El grafito está particularmente indicado para una alta producción a
un bajo coste, porque tiene una conductividad térmica bastante alta
que es comparable a la de los metales, y una superficie que exhibe
una baja mojabilidad para diversas aleaciones metálicas de interés
(por ejemplo, aleaciones de aluminio y magnesio). Como resultado, es
posible un enfriamiento relativamente rápido de la suspensión de la
aleación desde un contenido de sólidos más bajo (por ejemplo, de
aproximadamente el 1% a aproximadamente el 20%) a un contenido de
sólidos relativamente más alto (por ejemplo, de aproximadamente el
10% a aproximadamente el 65%), mientras que la superficie del vaso
20 se puede volver a usar sin la posterior limpieza para quitar los
depósitos, y/o la limpieza para quitar los depósitos metálicos es
más fácil, por lo que son posibles tasas de producción más altas a
coste más bajo. Cuando el vaso 20 está fabricado de un metal o de
otro material que posea una superficie que pueda ser mojada por la
suspensión, las superficies internas del vaso que entran en
contacto con la suspensión de la aleación están preferiblemente
revestidas con un revestimiento de baja mojabilidad, como por
ejemplo un revestimiento de nitruro de boro.
El vaso 20 de enfriamiento se puede enfriar
también haciendo pasar un fluido de transferencia de calor a través
de canales de enfriamiento formados, o si no dispuestos dentro de
las paredes del vaso de enfriamiento. También, el vaso de
enfriamiento se puede configurar con una superficie específica, masa
y capacidad calorífica apropiadas para efectuar un rápido
enfriamiento de la suspensión desde un contenido de sólidos
relativamente bajo hasta un deseado contenido de sólidos más alto,
bajo condiciones de reposo, sin enfriar la suspensión a una
temperatura por debajo de la que es adecuada para conformar el
componente metálico deseado.
Después de que la suspensión 18 se haya enfriado
hasta el contenido más alto de sólidos deseado, sin agitación (es
decir, bajo condiciones de reposo), la suspensión se conforma en los
componentes metálicos deseados, por ejemplo por colada.
\vskip1.000000\baselineskip
Se mantuvo una carga fundida de aleación de
aluminio en un recipiente. La aleación de aluminio tiene las
siguientes propiedades:
Temperatura (T_{I}) = 640ºC
Calor latente de fusión (H_{f}) =
400.000 J/kg (donde J es un julio, una unidad de energía)
Capacidad calorífica del aluminio
(C_{p}) \approx 1.000 J/kgºC
Cantidad de aleación de aluminio (m)
\approx 4 kg
Para enfriar la aleación de aluminio
parcialmente solidificada a una temperatura de 610ºC y una fracción
de sólidos de 0,10, se debe retirar la siguiente cantidad de
calor:
Fracción de sólidos (\Deltaf_{s}) =
0,10
Temperatura (T_{f}) = 610ºC
Para retirar 280.000 julios de energía, la
varilla debe tener suficiente masa y capacidad calorífica para
absorber esta cantidad de energía. La varilla debe tener también una
difusividad térmica, \alpha, suficientemente alta para permitir
que el calor se transfiera dentro de la varilla, desde fuera de la
superficie, manteniendo la temperatura de la superficie por debajo
de la temperatura de líquidus de la aleación
Agitador cilíndrico de grafito:
Radio exterior (R_{0}) = 0,025 m
Altura del cilindro (H) = 0,25 m
Volumen del cilindro = V =
\piR_{0}^{2}H = 4,91 \times 10^{-4} m^{3}
Densidad del grafito = 1.800 kg/m^{3}
Masa de grafito = 0,88 kg
\vskip1.000000\baselineskip
La varilla puede retirar la siguiente cantidad
de calor si la temperatura inicial de la varilla es de 100ºC y se
eleva a 500ºC.
Temperatura de la varilla = 100ºC
Masa del recipiente de grafito = 0,88 kg
Capacidad calorífica del grafito \approx 800
J/kgºC
La varilla tiene suficiente masa y capacidad
calorífica para absorber la cantidad de energía procedente del
aluminio para enfriar la aleación desde por encima de su temperatura
de liquidus hasta por debajo de su temperatura de liquidus.
\vskip1.000000\baselineskip
La varilla extrae calor de la aleación de
aluminio fundida a través de su superficie según la siguiente
ecuación de transferencia de calor:
q(W) =
hA\DeltaT
Coeficiente de transferencia de calor (h)
\approx 1.500 W/m^{2}ºC, donde W es un vatio (J/s).
Superficie específica de la varilla = 0,0393
m^{2}
q(W) = hA\DeltaT =
1.500(W/m^{2}ºC)\cdot0,0393(m^{2})\cdot2+50(ºC)
\approx 15.000 W
La varilla debe retirar 280.000 J, y la tasa de
transferencia de calor es de 15.000 W, por lo tanto, el tiempo
requerido para la retirada del calor es de aproximadamente 19
segundos. Esta duración variará dependiendo de las propiedades
termofísicas de la aleación, de la temperatura inicial de la
aleación, y de la masa y las propiedades termofísicas de la
varilla.
La difusividad térmica (\alpha) se define como
la conductividad térmica (k) dividida por la densidad
(\rho) del material multiplicado por la capacidad calorífica
(C_{p}):
Para un material con una conductividad térmica
relativamente baja, y alta densidad, como por ejemplo un material
cerámico, la difusividad térmica es baja. El material es incapaz de
transferir calor fuera desde su superficie a su interior, por lo
tanto, la temperatura de la superficie se equilibra con la aleación,
y es incapaz de reducir más la temperatura de la aleación.
Además de tener una masa suficientemente grande
para absorber la energía de la aleación, el material de la varilla
debe tener también una difusividad térmica adecuada para retirar
calor de la superficie de la varilla a su interior.
Una varilla con una alta difusividad térmica
podría tener una masa más pequeña que la que normalmente se requiere
para absorber suficiente energía para iniciar la solidificación en
la aleación si se usa un fluido de transferencia de calor para
retirar calor de la varilla conjuntamente con la agitación y la
extracción del calor.
Se mantuvieron en un recipiente cargas
consecutivas de aleación de aluminio fundido. La aleación de
aluminio tiene las siguientes propiedades:
Temperatura de la 1ª carga (T_{I}) =
640ºC
Temperatura de la 2ª carga (T_{I}) =
657ºC
Calor latente de fusión (H_{f}) =
400.000 J/kg (donde J es un julio, una unidad de energía)
Capacidad calorífica del aluminio
(C_{p}) \approx 1.000 J/kgºC
Cantidad de aleación de aluminio (m)
\approx 4 kg
\vskip1.000000\baselineskip
Para enfriar la aleación de aluminio
parcialmente solidificada a una temperatura de 610ºC y una fracción
de sólidos de 0,10, se debe retirar la siguiente cantidad de
calor:
Fracción de sólidos (\Deltaf_{s}) =
0,10
Temperatura (T_{f}) = 610ºC
\vskip1.000000\baselineskip
Carga 1:
\vskip1.000000\baselineskip
Carga 2:
La varilla en este ejemplo puede retirar 15000
W. en la Carga 1, la varilla debe retirar 280.000 J, mientras
que en la Carga 2 la varilla debe retirar 348.000 J. El
tiempo requerido para retirar el calor de la Carga 1 y de la Carga
2 es de 19 y 23 segundos, respectivamente.
Midiendo la temperatura del baño fundido antes
de enfriar y de agitar con el agitador, se pueden eliminar las
variaciones de la temperatura dentro de la suspensión semisólida. La
duración de la agitación se puede determinar mediante un algoritmo
que está basado en la temperatura del metal entrante, la temperatura
de la varilla, los retrasos (pérdida de energía a los alrededores),
etc.
\vskip1.000000\baselineskip
Se mantuvo en un recipiente una carga de
aleación de aluminio parcialmente solidificada. La aleación de
aluminio tiene las siguientes propiedades:
Temperatura (T_{I}) = 610ºC
Calor latente de fusión (H_{f}) =
400.000 J/kg (donde J es un julio, una unidad de energía)
Capacidad calorífica del aluminio
(C_{p}) \approx 1.000 J/kgºC
Cantidad de aleación de aluminio (m)
\approx 4 kg
\vskip1.000000\baselineskip
Para enfriar la aleación de aluminio,
parcialmente solidificada, a una temperatura de 590ºC y una fracción
de sólidos de 0,30, se debe retirar la siguiente cantidad de
calor:
Diferencia de la fracción de sólidos
(\Deltaf_{s}) = 0,20
Temperatura (T_{f}) = 590ºC
Para retirar 400.000 julios de energía, se
diseña un recipiente para absorber esta cantidad de calor. Puede
retirar este calor un recipiente de grafito de paredes delgadas con
las siguientes propiedades:
Recipiente cilíndrico de grafito:
Radio interior (Ri) = 0,0508 m
Radio exterior (R_{0}) = 0,0568 m
Altura del cilindro (H) = 0,2346 m
Espesor de la pared (t) = 0,006 m
Volumen del cilindro = V =
\piR_{0}^{2}t +
2\piR_{0}\cdot(H-t)\cdott
= 5,38 \times 10^{-4} m^{3}
Densidad del grafito = 1.800 kg/m^{3}
Masa de grafito = 0,97 kg
\vskip1.000000\baselineskip
El grafito puede retirar la siguiente cantidad
de calor si su temperatura inicial es de 90ºC y se equilibra con el
aluminio a 590ºC.
Temperatura del grafito = 90ºC
Masa del recipiente de grafito = 0,97 kg
Capacidad calorífica del grafito \approx 800
J/kgºC
El recipiente de grafito requiere la misma
cantidad de calor para alcanzar una temperatura de 590ºC. Por eso,
el recipiente de grafito está diseñado para retirar rápidamente una
cantidad predeterminada de calor para aumentar rápidamente el
contenido de sólidos desde un primer valor en el intervalo de
aproximadamente el 1% a aproximadamente el 10% en peso, hasta un
segundo valor en el intervalo de aproximadamente el 10% a a
aproximadamente el 65% en peso.
La descripción anterior se considera que es
únicamente de las realizaciones preferidas. Las modificaciones de
la invención se producirán para los expertos en la materia y para
los que hacen o usan la invención. Por lo tanto, se entiende que
las realizaciones descritas anteriormente son meramente para fines
ilustrativos y no pretenden limitar el alcance de la invención, el
cual está definido por las siguientes reivindicaciones
interpretadas según los principios de la ley de patentes.
Claims (8)
1. Un método para producir un componente
metálico a partir de una composición de aleación metálica líquida,
que comprende:
formar una composición de aleación metálica
líquida que esté exenta de material sólido;
poner una cantidad de la composición de aleación
metálica líquida en un vaso (12) de termotratamiento;
insertar un agitador (14) de grafito en la
composición de aleación metálica líquida en el vaso de
termotratamiento;
agitar la composición de aleación metálica
líquida con el agitador de grafito mientras que se enfría la
composición de aleación metálica para iniciar la solidificación y
formar una suspensión (18) semisólida, no dendrítica;
cesar la agitación y retirar el agitador de
grafito de la suspensión semisólida, no dendrítica, después de que
el contenido de sólidos de la suspensión se haya elevado hasta un
valor del 1% al 20% en peso;
enfriar la suspensión semisólida, no dendrítica,
sin agitación hasta que el contenido de sólidos se haya elevado
hasta un valor del 10% al 65%; y
transferir la suspensión semisólida, no
dendrítica, que tiene un contenido de sólidos del 10% al 65% a un
aparato para conformar un componente y dar forma al material
transferido en el componente metálico deseado.
\vskip1.000000\baselineskip
2. El método de la reivindicación 1, en el que
el enfriamiento de la suspensión semisólida, no dendrítica, se
consigue transfiriendo la suspensión semisólida, no dendrítica, que
tiene un contenido de sólidos del 1% al 20%, en peso, a un vaso de
enfriamiento, y enfriando la suspensión en el vaso (20) de
enfriamiento.
3. El método de la reivindicación 2, en el que
el vaso (20) de enfriamiento tiene paredes (22) hechas de un
material seleccionado de acero y acero inoxidable.
4. El método de la reivindicación 2, en el que
el vaso (20) de enfriamiento tiene paredes (22) hechas de
grafito.
5. El método de la reivindicación 2, en el que
se sopla aire a lo largo de las paredes (22) del vaso de
enfriamiento.
6. El método de la reivindicación 3, en el que
las paredes (22) internas del vaso (20) de enfriamiento están
provistas de un revestimiento que no se moja, o que se moja de forma
reducida.
7. El método de la reivindicación 6, en el que
el revestimiento es un revestimiento de nitruro de boro.
8. El método de la reivindicación 1, en el que
la composición de aleación metálica líquida se agita durante un
tiempo predeterminado basado en la temperatura inicial de la
composición de aleación metálica y de la tasa de extracción de
calor del agitador (14).
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US45174803P | 2003-03-04 | 2003-03-04 | |
| US451748P | 2003-03-04 | ||
| US47643803P | 2003-06-06 | 2003-06-06 | |
| US476438P | 2003-06-06 | ||
| US10/761,911 US6918427B2 (en) | 2003-03-04 | 2004-01-21 | Process and apparatus for preparing a metal alloy |
| US761911 | 2004-01-21 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2341247T3 true ES2341247T3 (es) | 2010-06-17 |
Family
ID=32931343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES04716156T Expired - Lifetime ES2341247T3 (es) | 2003-03-04 | 2004-03-01 | Procedimiento y aparato para preparar una aleacion metalica. |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6918427B2 (es) |
| EP (1) | EP1601481B1 (es) |
| JP (1) | JP2006519704A (es) |
| AT (1) | ATE458569T1 (es) |
| AU (1) | AU2004217467B2 (es) |
| CA (1) | CA2517704C (es) |
| DE (1) | DE602004025677D1 (es) |
| ES (1) | ES2341247T3 (es) |
| WO (1) | WO2004079025A2 (es) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6964199B2 (en) * | 2001-11-02 | 2005-11-15 | Cantocor, Inc. | Methods and compositions for enhanced protein expression and/or growth of cultured cells using co-transcription of a Bcl2 encoding nucleic acid |
| US20050126737A1 (en) * | 2003-12-04 | 2005-06-16 | Yurko James A. | Process for casting a semi-solid metal alloy |
| US7255151B2 (en) | 2004-11-10 | 2007-08-14 | Husky Injection Molding Systems Ltd. | Near liquidus injection molding process |
| SE528376C2 (sv) * | 2004-12-10 | 2006-10-31 | Magnus Wessen | Förfarande och anordning för framställning av en flytande- fast metallkomposition |
| US20080060779A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-03-13 | Kopper Adam E | Sod, slurry-on-demand, casting method and charge |
| US20100024927A1 (en) * | 2007-02-06 | 2010-02-04 | Syuichi Shikai | Process and apparatus for producing semi-solidified slurry of iron alloy |
| US20080295989A1 (en) * | 2007-05-30 | 2008-12-04 | Husky Injection Molding Systems Ltd. | Near-Liquidus Rheomolding of Injectable Alloy |
| WO2010103641A1 (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-16 | 虹技株式会社 | 鉄系合金の半凝固スラリー製造方法、その半凝固スラリー製造方法を用いた鋳鉄鋳物製造方法及び鋳鉄鋳物 |
| WO2010107859A2 (en) | 2009-03-19 | 2010-09-23 | Massachusetts Institute Of Technology | Method of refining the grain structure of alloys |
| DE102010051342A1 (de) | 2010-11-13 | 2012-05-16 | Volkswagen Ag | Vorrichtung und Verfahren zur Behandlung einer Metallschmelze |
| WO2013051919A1 (es) * | 2011-10-06 | 2013-04-11 | Garcia Gutierrez Rafael | Procedimiento y dispositivo para preparar aleaciones metálicas en ambiente controlado |
| CN104226965B (zh) * | 2013-06-19 | 2016-12-28 | 鞍钢股份有限公司 | 一种提高铸锭凝固组织等轴晶比率的方法及装置 |
| JP6514237B2 (ja) * | 2014-05-16 | 2019-05-15 | ギスコ カンパニー リミテッド | 低過熱温度からゼロ過熱温度における鋳込みのための溶融金属を調製するプロセス |
| CN104259417B (zh) * | 2014-09-18 | 2016-03-02 | 珠海市润星泰电器有限公司 | 一种用于制备金属半固态浆料的合金变质剂 |
| BR102015013352B1 (pt) * | 2015-06-09 | 2020-11-03 | Talfer Inovação Em Processos De Fabricação Ltda | camisas, blocos de motores e compressores em ligas de alumínio a partir do desenvolvimento de camadas endurecidas intermetálicas por solidificação controlada e processo empregado |
| CN106944599B (zh) * | 2017-04-21 | 2022-06-14 | 苏州金澄精密铸造有限公司 | 半固态制浆用制浆机及半固态制浆方法 |
| CN109732052B (zh) | 2018-12-14 | 2020-09-22 | 珠海市润星泰电器有限公司 | 一种滤波腔体的压铸方法 |
| CN114309493A (zh) * | 2021-11-23 | 2022-04-12 | 福建省瑞奥麦特轻金属有限责任公司 | 一种铝合金半固态快速制浆方法 |
Family Cites Families (53)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US651308A (en) * | 1899-07-22 | 1900-06-05 | William Hart | Graphophone sound-box. |
| US3948650A (en) * | 1972-05-31 | 1976-04-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Composition and methods for preparing liquid-solid alloys for casting and casting methods employing the liquid-solid alloys |
| US3954455A (en) * | 1973-07-17 | 1976-05-04 | Massachusetts Institute Of Technology | Liquid-solid alloy composition |
| US3902544A (en) * | 1974-07-10 | 1975-09-02 | Massachusetts Inst Technology | Continuous process for forming an alloy containing non-dendritic primary solids |
| US4108643A (en) * | 1976-09-22 | 1978-08-22 | Massachusetts Institute Of Technology | Method for forming high fraction solid metal compositions and composition therefor |
| US4771818A (en) * | 1979-12-14 | 1988-09-20 | Alumax Inc. | Process of shaping a metal alloy product |
| US4565241A (en) * | 1982-06-01 | 1986-01-21 | International Telephone And Telegraph Corporation | Process for preparing a slurry structured metal composition |
| JPS61119632A (ja) * | 1984-11-14 | 1986-06-06 | Agency Of Ind Science & Technol | 高延性材料の製造方法 |
| US4832112A (en) * | 1985-10-03 | 1989-05-23 | Howmet Corporation | Method of forming a fine-grained equiaxed casting |
| JP3211754B2 (ja) * | 1996-11-28 | 2001-09-25 | 宇部興産株式会社 | 半溶融成形用金属の製造装置 |
| WO1995007780A1 (fr) * | 1993-09-16 | 1995-03-23 | Rheo-Technology Ltd. | Procede pour fabriquer un produit coule mince par coulee continue |
| IT1260684B (it) * | 1993-09-29 | 1996-04-22 | Weber Srl | Metodo ed impianto per la pressocolata in semiliquido di componenti ad alte prestazioni meccaniche a partire da masselli reocolati. |
| US5555926A (en) * | 1993-12-08 | 1996-09-17 | Rheo-Technology, Ltd. | Process for the production of semi-solidified metal composition |
| JPH07155919A (ja) * | 1993-12-09 | 1995-06-20 | Leotec:Kk | ダイカスト機へのレオメタルの装入方法 |
| US5413644A (en) * | 1994-01-21 | 1995-05-09 | Brush Wellman Inc. | Beryllium-containing alloys of magnesium |
| NO950843L (no) * | 1994-09-09 | 1996-03-11 | Ube Industries | Fremgangsmåte for behandling av metall i halvfast tilstand og fremgangsmåte for stöping av metallbarrer til bruk i denne fremgangsmåte |
| US5571346A (en) * | 1995-04-14 | 1996-11-05 | Northwest Aluminum Company | Casting, thermal transforming and semi-solid forming aluminum alloys |
| US5911843A (en) * | 1995-04-14 | 1999-06-15 | Northwest Aluminum Company | Casting, thermal transforming and semi-solid forming aluminum alloys |
| US5968292A (en) * | 1995-04-14 | 1999-10-19 | Northwest Aluminum | Casting thermal transforming and semi-solid forming aluminum alloys |
| JP3246358B2 (ja) * | 1996-11-08 | 2002-01-15 | 宇部興産株式会社 | 半溶融金属の成形方法 |
| CA2177455C (en) | 1995-05-29 | 2007-07-03 | Mitsuru Adachi | Method and apparatus for shaping semisolid metals |
| US6769473B1 (en) * | 1995-05-29 | 2004-08-03 | Ube Industries, Ltd. | Method of shaping semisolid metals |
| US5730198A (en) * | 1995-06-06 | 1998-03-24 | Reynolds Metals Company | Method of forming product having globular microstructure |
| JP3817786B2 (ja) * | 1995-09-01 | 2006-09-06 | Ｔｋｊ株式会社 | 合金製品の製造方法及び装置 |
| FR2744384B1 (fr) * | 1996-02-01 | 1998-03-20 | Pechiney Aluminium | Billette et lopin metallique pour formage a l'etat semi-solide |
| JP2849708B2 (ja) * | 1996-04-05 | 1999-01-27 | 工業技術院長 | 適性条件自動選択式連続レオキャスト法及び装置 |
| JP2972852B2 (ja) * | 1996-05-07 | 1999-11-08 | 工業技術院長 | 連続的撹拌凝固による超微細結晶粒金属材料の製造方法 |
| US5711366A (en) * | 1996-05-31 | 1998-01-27 | Thixomat, Inc. | Apparatus for processing corrosive molten metals |
| AUPO110296A0 (en) | 1996-07-18 | 1996-08-08 | University Of Melbourne, The | Liquidus casting of alloys |
| US5881796A (en) * | 1996-10-04 | 1999-03-16 | Semi-Solid Technologies Inc. | Apparatus and method for integrated semi-solid material production and casting |
| US5887640A (en) * | 1996-10-04 | 1999-03-30 | Semi-Solid Technologies Inc. | Apparatus and method for semi-solid material production |
| JP3491468B2 (ja) * | 1996-10-25 | 2004-01-26 | 宇部興産株式会社 | 半溶融金属の成形方法 |
| US5996679A (en) * | 1996-11-04 | 1999-12-07 | Thixomat, Inc. | Apparatus for semi-solid processing of a metal |
| CA2220357A1 (en) * | 1996-11-08 | 1998-05-08 | Ube Industries, Ltd. | Method of shaping semisolid metals |
| US5954116A (en) * | 1997-08-22 | 1999-09-21 | Buhler Ag | Shot sleeve and shot unit for a die casting machine |
| US5983978A (en) * | 1997-09-30 | 1999-11-16 | Thixomat, Inc. | Thermal shock resistant apparatus for molding thixotropic materials |
| JPH11197814A (ja) * | 1998-01-20 | 1999-07-27 | Honda Motor Co Ltd | 半凝固金属の製造方法 |
| US5983976A (en) * | 1998-03-31 | 1999-11-16 | Takata Corporation | Method and apparatus for manufacturing metallic parts by fine die casting |
| US6470955B1 (en) * | 1998-07-24 | 2002-10-29 | Gibbs Die Casting Aluminum Co. | Semi-solid casting apparatus and method |
| US6321824B1 (en) * | 1998-12-01 | 2001-11-27 | Moen Incorporated | Fabrication of zinc objects by dual phase casting |
| US6250364B1 (en) * | 1998-12-29 | 2001-06-26 | International Business Machines Corporation | Semi-solid processing to form disk drive components |
| EP1144814B1 (en) * | 1999-01-05 | 2003-04-16 | Marimuthu Ramu Thiyagarajan | A low cost new internal combustion engine with increased mechanical efficiency, fuel saver and pollution controlled |
| US6299665B1 (en) | 1999-07-06 | 2001-10-09 | Thixomat, Inc. | Activated feedstock |
| US6269537B1 (en) * | 1999-07-28 | 2001-08-07 | Methode Electronics, Inc. | Method of assembling a peripheral device printed circuit board package |
| JP2001294949A (ja) * | 2000-04-07 | 2001-10-26 | Kobe Steel Ltd | 溶融金属の連続真空精製方法とその装置 |
| US6432160B1 (en) * | 2000-06-01 | 2002-08-13 | Aemp Corporation | Method and apparatus for making a thixotropic metal slurry |
| US6399017B1 (en) * | 2000-06-01 | 2002-06-04 | Aemp Corporation | Method and apparatus for containing and ejecting a thixotropic metal slurry |
| US6402367B1 (en) * | 2000-06-01 | 2002-06-11 | Aemp Corporation | Method and apparatus for magnetically stirring a thixotropic metal slurry |
| JP2002068840A (ja) * | 2000-08-28 | 2002-03-08 | Kogi Corp | 黒鉛系複合材及びその製造方法 |
| US6645323B2 (en) * | 2000-09-21 | 2003-11-11 | Massachusetts Institute Of Technology | Metal alloy compositions and process |
| EP1322439B1 (en) * | 2000-09-21 | 2005-07-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Metal alloy compositions and process |
| US6520762B2 (en) * | 2001-02-23 | 2003-02-18 | Husky Injection Molding Systems, Ltd | Injection unit |
| US6494703B2 (en) * | 2001-02-23 | 2002-12-17 | Husky Injection Molding Systems, Ltd. | Barrel assembly |
-
2004
- 2004-01-21 US US10/761,911 patent/US6918427B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-03-01 ES ES04716156T patent/ES2341247T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2004-03-01 EP EP04716156A patent/EP1601481B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2004-03-01 AT AT04716156T patent/ATE458569T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-03-01 AU AU2004217467A patent/AU2004217467B2/en not_active Expired
- 2004-03-01 JP JP2006508957A patent/JP2006519704A/ja active Pending
- 2004-03-01 WO PCT/US2004/006224 patent/WO2004079025A2/en active Search and Examination
- 2004-03-01 DE DE602004025677T patent/DE602004025677D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2004-03-01 CA CA2517704A patent/CA2517704C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE602004025677D1 (de) | 2010-04-08 |
| US20040173337A1 (en) | 2004-09-09 |
| AU2004217467A2 (en) | 2004-09-16 |
| CA2517704A1 (en) | 2004-09-16 |
| CA2517704C (en) | 2011-02-22 |
| JP2006519704A (ja) | 2006-08-31 |
| EP1601481A2 (en) | 2005-12-07 |
| AU2004217467B2 (en) | 2008-03-20 |
| EP1601481B1 (en) | 2010-02-24 |
| EP1601481A4 (en) | 2007-02-21 |
| ATE458569T1 (de) | 2010-03-15 |
| WO2004079025A2 (en) | 2004-09-16 |
| WO2004079025A3 (en) | 2004-10-28 |
| AU2004217467A1 (en) | 2004-09-16 |
| US6918427B2 (en) | 2005-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2341247T3 (es) | Procedimiento y aparato para preparar una aleacion metalica. | |
| US9839958B2 (en) | Method for induction stirred, ultrasonically modified investment castings | |
| SR et al. | Numerical simulation of microstructure evolution of Al alloys in centrifugal casting | |
| CN103131980B (zh) | 一种通过控制球晶稳定化实现细晶凝固方法 | |
| JP2004538153A (ja) | 半固体成形時に使用し得るよう攪拌せずにスラリー材料を製造する装置及び方法 | |
| ES2403369T3 (es) | Método de preparación de una estructura metálica adecuada para el procesamiento de metal semisólido | |
| Granath et al. | Determining effect of slurry process parameters on semisolid A356 alloy microstructures produced by RheoMetal process | |
| JP3919810B2 (ja) | 半凝固金属スラリーの作製方法並びに成形方法及び成形品 | |
| Kyffin et al. | Effect of treatment variables on size refinement by phosphide inoculants of primary silicon in hypereutectic Al–Si alloys | |
| Zhou et al. | Forced convection rheomoulding process for semisolid slurry preparation and microstructure evolution of 7075 aluminum alloy | |
| JP2017521255A (ja) | 低過熱温度からゼロ過熱温度における鋳込みのための溶融金属を調製するプロセス | |
| Saklakoğlu et al. | Formation of globular microstructure in A380 aluminum alloy by cooling slope casting | |
| ES2245703T3 (es) | Composiciones y procedimiento de aleacion de metales. | |
| Mao et al. | Refinement of primary silicon grains in semi-solid Al-25% Si hypereutectic aluminum alloy slurry | |
| Piątkowski | Nucleation and growth of primary silicon crystals in AlSi alloy after modification with Cup and overheating to a temperature of 920 C | |
| Mao et al. | Preparation of semi-solid A390 aluminum alloy slurry through a serpentine pouring channel | |
| EP1900455A1 (en) | Semi-solid casting method and charge | |
| Pahlevani et al. | Development of cup-cast method; semi-solid slurry preparation without external stirring force | |
| JP4748688B2 (ja) | 半凝固金属スラリーの作製方法 | |
| SU738760A1 (ru) | Способ получени отливок из графитизированной стали | |
| Browne et al. | In Towards optimisation of the direct thermal method of rheocasting | |
| Duc et al. | Simulation and experimental study on the steady conduction solution for continuous rheo-casting for A356 alloy | |
| Lee et al. | Development of in-ladle direct thermal control (DTC) rheocasting process | |
| Semenov et al. | Optimization of the microstructural evolution of Al-8% Si in cooling slope device | |
| Khan et al. | Numerical Determination of Heat Distribution and Castability Simulations of as Cast Mg---Al Alloys |