FI92162C - Menetelmä metallikappaleiden valamiseksi paineen alla häviävän mallin tekniikkaa käyttäen - Google Patents

Description

921 62

Menetelmå metallikappaleiden valamiseksi paineen alla hå-viåvån mallin tekniikkaa kåyttåen - Forfarande for att enligt forlorat skum -metod och under tryck gjuta metall-stycken 5

Esillå oleva keksintå koskee menetelmåå metallikappaleiden, varsinkin alumiinia sekå sen seoksia olevien metallikappaleiden, valamiseksi patenttivaatimuksen 1 johdannon mukai-10 sella menetelmållå.

On yleisesti tunnettua, ennen kaikkea US-patentin 3 157 924 esittåmån ratkaisun vålityksellå, ettå polystyreenivaahtoa olevia valumalleja, jotka upotetaan muottihiekasta muodostu-15 vaan muottiin, joka ei sisållå mitåån sideainetta, voidaan kåyttåå valamiseen. Tållaisessa menetelmåsså valettava metalli, joka on etukåteen sulatettu, saatetaan hiekan låpi kulkevien kanavien vålityksellå yhteyteen valumallin kanssa ja se korvaa våhitellen viimemainitun polttaen sen ja 20 muuttaen sen hoyryksi, joka poistuu hiekanjyvien vålistå.

Tåmå tekniikka on osoittautunut edulliseksi tehdasmittakaa-vassa, koska sillå våltetåån jåykkien valumuottien esival-mistus jauhemaisia, tulenkeståviå aineita sullomalla ja bri-25 ketoimalla, jotka muotit ovat yhdistetyt jokseenkin monimut-kaisesti kanavien vålityksellå keernoihin, ja koska se mah-dollistaa valukappaleiden vaivattoman talteenoton samoin kuin valuaineiden helpon kierråtyksen. Tåmå tekniikka on kuitenkin puutteellinen kahdesta syystå: 30 - jåhmettyminen on verrattain hidasta, mikå ediståå kaasu-rakkuloiden muodostumista - låmpogradientit ovat verrattain heikkoja, mikå saattaa 35 aiheuttaa mikroskooppisen kutistumisontelon, mikåli osuuden profiili vaikeuttaa sen syottåmistå.

I · 92162 2

Tavoitteenaan vålttåå tållaiset haitat hakija on kehittånyt valumenetelmån håviåvån mallin tekniikkaa kåyttåen, joka on Ranskassa numerolla 2 606 688 julkaistun patenttihakemuksen kohde.

5 Tåsså hakemuksessa esitetåån, ettå kun valumuotti on tåytet-ty sulalla metallilla, toisin sanoen kun metalli on kokonaan tuhonnut valumallin ja kun vaahdon tuottamat hoyryt on pois-tettu, ja edullisimmin ennen kuin metallin jåhmettyminen 10 alkaa, kohdistetaan muotin ja metallin muodostamaan koko- naisuuteen isostaattinen kaasunpaine. Tåtå painetta suunna-taan ajallisesti kasvavin arvoin, jotta våltettåisiin metallin tunkeutuma hiekkaan, niin ettå suurin mahdollinen arvo saavutetaan alle 15 sekunnissa.

15 Nåisså olosuhteissa toteutetut valukappaleet omaavat suurem-man tiiviyden, mikå ilmenee mekaanisten ominaisuuksien pa-ranemisena erityisesti lujuuden kohdalla.

20 Hakija totesi kuitenkin tåsså hakemuksessa, ettå oli edul-lista kåyttåå painetta, joka on korkeintaan vålillå 0,5 - 1,5 MPa ja ettå oli tarpeetonta ylittåå tåtå åårirajaa.

Itse asiassa hakija havaitsi yksityiskohtaisempien tutkimus-25 ten jålkeen, ettå mikåli painetta nostettiin lisåå, paran- nettiin mekaanisten ominaisuuksien, kuten esimerkiksi murto-lujuuden Rm, kimmorajan LE sekå venymån A ohella myos våsy-mislujuutta F.

30 Nåin olien esillå oleva keksintd, joka kåsittåå menetelmån metallikappaleiden, erityisesti alumiinia sekå sen seoksia olevien metallikappaleiden, valamiseksi paineen alla håviåvån mallin tekniikkaa kåyttåen, jossa orgaanista vaahtoa oleva valumalli valettavasta kappaleesta upotetaan valumuot-35 tiin, jonka seinåmåt rajaa muottihiekka, joka ei sisållå mi-tåån sideainetta, valumuotti tåytetåån sulana olevalla me-tallilla, joka korvaa vaahdon ja jåhmettyy asteittain ja kasvava isostaattinen kaasunpaine suunnataan samanaikaisesti

II

92162 3 valumuottiin ja metalliin mahdollisimman pian tåyttåmisen lopussa. Keksinnolle on tunnusomaista se, mitå on mååritelty-patent tivaatimuksen l tunnusmerkkiosassa.

5 Niin muodoin keksintd kåsittåå sellaisten paineiden kåyt6n, jotka ovat vålillå 1,5 - 10 MPa ja edullisimmin vålillå 5 -10 MPa ja joka arvo saavutetaan ennen kuin jåhmettyneen metallin måårå ylittåå 90 paino-%.

10 Kuten ranskalaisessa patenttihakemuksessa 2 606 688, voidaan paineen kåyttd toteuttaa tiiviin laatikon vålityksellå, jo-hon valumuotti sijoitetaan, mainitun laatikon ollessa varus-tettu yhdellå tai useammalla aukolla sijoitettuina tarkoi-tuksenmukaisesti sen seinåmåån ja liitettyinå johonkin pai-15 neen alaisuudessa olevaan kaasulåhteeseen.

Valitun paineasteikon piirisså hakija totesi, ettå paineen kohdistamisen aikana esiintyneet ilmidt olivat tåysin eri-laisia kuin tekniikan tason mukaiset.

20

Itse asiassa vålillå 0,5 - 1,5 MPa paineen pååasiallisena tehtåvånå on nopeuttaa sulan metallin valumista jåhmettymås-så olevan metallin dendriittien våliin, ja vaikutus loppuu, kun jåhmeå kokonaisuus on saavuttanut tietyn kehityksen.

25 Erityisesti nåin matalat paineet mahdollistavat sydttdkuvun tehokkaan toiminnan niin, ettå våltetåån jåhmettyvån metallin supistumasta johtuva kutistumisilmid.

Sen sijaan arvoa 1,5 MPa suuremman paineen alla ja varsinkin 30 ylitettåesså arvo 5 MPa, sulan metallin valumistehon, joka såilyy vallitsevana jåhmettymisen alussa, korvaa asteittain jo jåhmettyneen metallikokonaisuuden kuumamuokkausilmid, joka ilmid tulee vallitsevaksi ja sittemmin yksinomaiseksi, kun jåhmettymisaste saavuttaa låhellå 50 - 70 % olevat ar-35 vot, valetun seostyypin mukaan. Korkeiden paineiden kåytto aikaansaa siten eråånlaisen isostaattisen taonnan, joka kohdis tuu valetun kappaleen kokonaispintaan.

92162 4

Oheinen kuvio 1 on mikroskooppitutkimus seoksesta A-S7G03 valettuna keksinnon mukaisesti arvoltaan 7 MPa olevan pai-neen alla ja låmpdkåsiteltynå sen jålkeen. Tåmå mikroskooppitutkimus paljastaa dendriittirakenteelle aiheutetun pysy-5 vån muodonmuutoksen, joka saa aikaan huokoisuuksien tåyttå-misen ja havainnollistaa hyvin taontavaikutuksen, jonka alaisena metalli on tåsså menetelmåsså.

Nåisså oloissa havaitaan, ettå kappaleiden mekaaniset tun-10 nusmerkit ovat olennaisesti parantuneet; erityisesti våsy-mislujuus. Arvoa 10 MPa suuremmat paineet tuovat ainoastaan hyvin våhåmerkityksisiå parannuksia.

Tåtå uutta paineasteikkoa sovelletaan edullisimmin ennen 15 kuin jåhmettyneen metallin måårå on 40 paino-%, niin ettå voidaan vaikuttaa sulan metallin virtaukseen.

Samoin on edullista, ettå maksimaalinen suunnattu paine saa-vutetaan ennen kuin jåhmettyneen metallin måårå ylittåå ar-20 von 90 %, jotta voitaisiin tåysin hydtyå deformaatiovaiku-tuksesta.

Samoin kuin ranskalaisessa patenttihakemuksessa 2 606 688, on edullista se, ettå paineen kohdistus tapahtuu asteittain 25 nousten varsinkin jåhmettymisen alussa, jotta våltetåån metallin tunkeuma hiekkaan, mikå ilmio johtuu metalliin vålit-tdmåsti kohdistetun paineen ja metalliin hiekkakylvyn våli-tyksellå kohdistetun paineen vålisestå våliaikaisesta epå-tasapainosta. Itse asiassa kylpy aiheuttaa verrattain suuren 30 kuormituksen håvion paineen siirrossa, ja tåstå on seurauk-sena hiekan kanssa kosketuksissa olevan metallin tasolla, ettå tåmå paine pyrkii tyontåmåån metallin hiekanjyvien lomas ta ja aiheuttamaan valetun kappaleen deformaation.

35 Keksintoå voidaan havainnollistaa seuraavan suoritusesimer-kin avulla: ontot, lieriomåiset kappaleet, joiden ulkolåpi-mitta on 45 mm ja seinåmien paksuus 4 mm ja joiden reunat ovat rinnakkain ja joiden ulkonemat ovat 20 x 20 x 80 mm,

II

92162 5 valettiin aiemman menetelmån sekå keksinnon mukaisen mene-telmån mukaan, toisin sanoen valumuotin sisåltåvån ontelon sisåån kohdistettiin juuri ennen jåhmettymisen alkamista isostaattinen kaasunpaine, joka vastasi vastaavasti ilman-5 painetta sekå arvoja 1 MPa, 5 MPa ja 10 MPa.

Kappaleet valmistettiin kahden tyyppisistå seoksista, jotka omasivat hyvåt mekaaniset ominaisuudet: 10 - A-S7G03 oli koostumukseltaan painoprosentteina: Fe 0,20;

Si 6.5-7,5; Cu 0,10; Zn 0,10; Mg 0,25-0,40; Mn 0,10; Ni 0,05; Pb 0,05; Sn 0,05; Ti 0,05-0,20; jåånnos Al; - A-U5GT oli koostumukseltaan: Fe 0,35; Si 0,20; Cu 4,20- 15 5,00; Zn 0,10; Mg 0,15-0,35; Mn 0,10; Ni 0,05; Pb 0,05; Sn 0,05; Ti 0,05-0,30; jåånnos Al.

Standardin mukaisten låmpokåsittelyjen, seokselle A-S7G03 Y23 ja seokselle A-U5GT Y24, jålkeen mainituille kappaleille 20 suoritetut mekaaniset koestukset mahdollistivat seuraavien tunnusmerkkien mittauksen kohdistettujen paineiden mukaises-ti.

- seoksessa A-S7G03 hyvyysluku Q MPa-arvona, joka vastaa 25 kaavaa Q = R + 150 log A, jossa R on lujuus MPa-arvona ja A venymå prosentteina kappaleiden sekå paksuilla ettå ohuilla vyohykkeillå.

- seoksessa A-U5GT venytysrajat LE MPa-arvoina, lujuus R 30 MPa-arvona ja venymå A prosentteina, samoin sekå paksuilla ettå ohuilla vyåhykkeillå.

Lisåksi kutakin seosta ja kutakin suunnattua painetta kohden mitattiin våsymislujuus F MPa-arvona låhtokohtana våånt6ko-35 keet koekappaleella, joka oli tyostetty 107 kierroksella por-rasmenetelmåå kåyttåen. F påtee sekå paksuille ettå ohuille vyohykkeille, sillå se ei ole riippuvainen jåhmettymisno- 6 9 21 62 peudesta vaan huokoisuudesta ja niin muodoin kohdistetusta paineesta.

Tulokset esitetåån seuraavassa taulukossa.

5 T^ulukko

A-S7G03 A-U5GT

paksu ohut F paksu alue dhut alue F

10 alue alue

QQ LE R A LE R A

Jåhmettyminen ilmakebån 15 arvossa P 240 325 40 235 340 8 260 355 7 90 Jåhrrettyrninen arvossa 1 MPa 335 420 65 240 365 8 260 405 11 120 20 Jåhmettyminen airvossa 5 MPa 410 460 85 250 400 12 260 410 15 130 Jåhrrettyminen arvossa 10 MPa 440 490 100 260 420 15 260 420 18 140 25

Pannaan merkille kaikkien mitattujen tunnusmerkkien parane-minen ja erityisesti lisååntynyt våsymislujuus.

II .