HU205289B - Improved method for casting metal products under controlled pressure by the application of gasifying foam-core - Google Patents

Description

A leírás terjedelme: 4 oldal

HU 205289 Β

A találmány tárgya javított eljárás fémgyártmányok öntésére, amely szabályozott nyomáson, elgázosodó haböntömag alkalmazásával, különösen alumíniumból és ötvözeteiből készített fémgyártmányok előállítására szolgáló, az 1988. május 20-án közzétett 2 606 688 számú törzsszabadalomban leírt eljárás továbbfejlesztése.

A szakember számára főleg a 3 157 924 számú US szabadalmi leírásban közölt kitanításból ismeretes, hogy az öntéshez alkalmazhatók olyan polisztirol minták, amelyeket kötőanyagot nem tartalmazó száraz homokból készített öntőformákba merítenek. Az ilyen eljárás során az előzőleg megolvasztott öntendő fémet a homokon áthaladó csatornák útján érintkeztetik a mintával, amely a mintát fokozatosan helyettesíti, miután azt kiégeti és gázzá alakítja, amely a homok szemcséi között eltávozik.

Ezt az eljárást az ipari megvalósítás során előnyösnek találták, mivel feleslegessé teszi, hogy porított tűzálló anyagok sajtolása és agglomerációja útján előzőleg merev öntőformákat állítsanak elő, amelyek csatornák útján meglehetősen bonyolult módon öntőmagokhoz kapcsolódnak; az eljárás lehetővé teszi továbbá az öntvények egyszerű kinyerését, és az öntészeti anyagok egyszerű körfolyamatát.

Az eljárásnak azonban komoly hátrányai vannak:

- a megszilárdulás viszonylagos lassúsága, amely elősegíti a gázbuborékok miatt pórusok képződését,

- a viszonylag kis hőmérséklet-gradiensek mikrozsugorodásokat okozhatnak, ha a gyártmány alakja következtében a fémbetáplálás akadályozott.

Ezeknek a hátrányoknak a kiküszöbölése céljából elgázosodó haböntőmagot alkalmazó öntési eljárást fejlesztettünk ki, és ez a tárgya a Franciaországban 2 606 688 számon közzétett szabadalmi bejelentésének.

Ez a bejelentés tartalmazza azt a kitanítást, hogy az öntőfonna megolvasztott fémmel történő megtöltése után, azaz, amikor a fém teljesen elroncsolta a mintát, a hab által kibocsátott gázokat eltávolítottuk, és előnyösen mielőtt a fém kezd megszilárdulni, izosztatikus gáznyomást engedünk hatni az öntőforma és a fém együttesére. Ezt a nyomást időben növekvő mértékben alkalmazzuk, a fémpenetráció jelenségének elkerülésére oly módon, hogy a legnagyobb értéket 15 másodpercen belül elérjük.

Ebben a bejelentésben a nyomás maximális értéke 0,5-1,5 MPa között volt rögzítve. Ezt a tartományt azonban ezt követően 10 MPa-ra kiterjesztettük az 1989. szeptember 7-én benyújtott, 8 911 943 számú francia pótszabadalomban, így egyéb továbbfejlesztések között az előállított gyártmányok törési ellenállását növelhettük.

Időközben azt is megállapítottuk, hogy a gyártmány deformációjához vezető fémpenetráció jelenségén kívül ez a hab előbb megolvad, majd elgázosodik a fém hatására történő elégés során, és olyan nyomást idéz elő, amely a gázt a fémbe kényszeríti, és abban pórusokat alkot, míg szénzárványok megjelenéséhez is vezet, amelyek a hab maradványainak tökéletlen elégéséből származnak.

Ennek az új nehézségnek a leküzdésére szolgáló továbbfejlesztés a tárgya az 1989. március 7-én benyújtott 8 903 706 számú pőtszabadalmi bejelentésének, amely szerint a nyomást olyan sebességgel növeljük a homok szemcsenagyságának és a minta merülési mélységének függvényében, amilyen gyorsan az olvasztott fémben átmenetileg nagyobb nyomás keletkezik a homokon keresztül létrejövő töltetveszteség útján a homoknak a határfelülettel szomszédos zónájához képest. Ez a túlnyomás két határérték közötti értéket ér el, majd ezt közvetöen az említett nyomás növekedésével csökken, majd a megszilárdulás befejeződéséig állandó értékű marad.

A nyomás növekedésének sebessége előnyösen 0,003-0,3 MPa/s értékű, minél nagyobb a gyártmány vastagsága, a sebesség annál kisebb, a túlnyomás említett maximális értékét 2 másodpercnél rövidebb idő alatt érjük el.

Kísérletet tettünk továbbá az eljárás javítására a törzsszabadalom bejelentése és továbbfejlesztései oltalmi körében. Ténylegesen ismeretes, hogy a maximális nyomást azelőtt kell alkalmazni, mielőtt az öntött fém megszilárdulása elér egy bizonyos fokot, egyébként a fenti nyomás hatása nagymértékű csillapítást szenved. Azt is felismertük, hogy a fémpenetráció és a hab elgázosodásából származó gázoknak a gyártmányba való penetrációja elkerülésére kezdetben adott tartományba eső túlnyomás szükséges. Ez feltételezi, hogy túlságosan nagy túlnyomás elkerülésére a nyomást mérsékelten kell növelni az alkalmazás első másodperceiben. Ha a növekményt azonban a nyomás alkalmazásának tartama alatt azonos értéken tartjuk, azt tapasztaljuk, hogy a fém általában ténylegesen megszilárdul, mielőtt a maximális nyomást elérjük, és ezért az eljárás hatékonysága korlátozott. Ennek következtében alkalmazzuk a nyomás két szakaszban történő növelésének gondolatát. A találmány szerinti eljárás lényege javított eljárás fémgyártmányok öntésére szabályozott nyomáson, elgázosodó haböntőmag alkalmazásával, különösen alumíniumból és ötvözeteiből, amelynek során az öntendő gyártmány szerves habból készült mintáját olyan öntőformába merítjük, amelynek falait kötőanyagmentes, száraz homok béleli, az öntőformát folyékony fémmel töltjük meg, amely a habot fokozatosan kiégeti és helyettesíti, majd ezután, előnyösen a fém megszilárdulásának kezdete előtt az öntőformát és a fémet olyan kvázi-izosztatikus gáznyomásnak teszszük ki, amely időben növekszik egy 0,5-10 MPa közötti állandó érték eléréséig, a nyomás növekedésének fázisa túlnyomást létesít az olvadt fémben a homokhoz képest, amely nyomásnak a növekedés első 5 másodpercében van maximuma, amelynek során a nyomást kezdetben 0,003-0,3 MPa/s közötti sebességgel növeljük a nyomás növekedésének kezdetétől számított időtartam legfeljebb 5 másodperces első periódusában, majd egy második periódus során az első periódusban alkalmazott sebességet meghaladó sebességgel növeljük a nyomást a maximális érték eléréséig.

így meghatározhatjuk azokat a körülményeket, amelyek meggátolják a fémpenetrációt és a szénzárványo2

HU 205 289 Β kát, és amelyek között a maximális nyomást elérjük, mielőtt a fém teljesen megszilárdul. Az első periódus előnyösen 2 másodperc, mivel ez az érték általában elégséges a fenti hátrányok kiküszöböléséhez. A nyomás növelésének sebességét két különböző módon érhetjük el:

- Vagy két fokozatot alkalmazunk, amelyik mindegyikében először egy kisebb állandó sebességet, majd egy nagyobb állandó sebességet alkalmazunk. A nyomást az idő függvényében ezért két egyenes szakasz reprezentálja, amelyeknek t<5 s időnél közös pontjuk van. Ezt elérhetjük úgy, hogy a gázvezeték körében egy vagy két szelepet helyezünk el, amelyeknek két, különböző nyílású szakasza van.

- Másik lehetőségként olyan eljárást valósítunk meg amelyben a sebesség növekedése folytonos. A sebesség időbeli görbéje ezért folytonosan növekvő görbe, amelynél t<5 s időhöz tartozó v értéke < 0,3 MPa/s. Ezt olyan szelep alkalmazásával érhetjük el, amelynek átfolyási keresztmetszete progresszíve növekszik. Az eljárást szemléltető, nem korlátozó jellegű példa időben lineárisan növekvő, dP/dt = kt alakú szelepnyílástörvényt alkalmaz, ami p = 1/2 k² alakú parabolikus nyomástörvényt eredményez.

A találmányt a következőkben példákkal szemléltetjük.

/. példa

Belső égésű motor gyűjtőcsövét állítjuk elő AS7U3G-típusú alumíniumötvözetből, amely 6,9 tömeg% szilíciumot, 3,1 tömeg% rezet, 0,3 tömeg% magnéziumot és a szokásos szennyezőket tartalmazza, a maradék alumínium. Ez a gyűjtőcső vastag karimákat és 3 mm vastagságú, vékony merevítőbordákat tartalmaz, amelyekre nézve a 30%-os megszilárdulási fokhoz tartozó idő 4 másodperc, továbbá a fém áramlási útja hosszú, ami a betáplálás végénél alacsony betáplálási sebességhez vezet, és a fém túlhevítését teszi szükségessé.

A fémet olyan öntőformába öntjük, amely homokba merülő polisztírol mintát tartalmaz, és a találmány szerinti eljárásnak megfelelően 1,5 MPa maximális nyomást alkalmazunk a következő eljárás szerint:

- 0,25 MPa/s növekménnyel, így az első 2 másodperc alatt 0,5 MPa nyomást érünk el,

- 0,5 MPa/s növekménnyel, így 1,5 MPa nyomást érünk el a következő 2 másodperc alatt.

Ezt az eljárást úgy vitelezzük ki, hogy két, különböző keresztmetszetű szelepet alkalmazunk a gázellátás körében.

A fémpenetráció és a szénzárványok okozta nehézségeket a gyártmányban ezáltal elkerüljük, míg olyan körülményeket nyerünk, hogy a maximális nyomást elérjük, mielőtt a megszilárdulás foka 30%-ot tesz ki.

A technika állásának megfelelően időben állandó mértékben növekvő nyomás alkalmazása 4 másodperc alatt 1,5 MPa nyomás eléréséhez 0,375 MPa/s növekményt igényelne, ez az érték meghaladja a 89-03706 számú bejelentéseben adott 0,30 MPa/s értéket.

2. példa

Felfüggesztő kart állítunk elő A-S7GO,3-típusú alumíniumötvözetből, amely 7,5 tömeg% szilíciumot, 0,25 tömeg% magnéziumot és a szokásos szennyezőket tartalmazza, a maradék alumínium. Ennek a karnak a szokásos vastagsága 6-8 mm, és a 30%-os megszilárdulási fok eléréséhez szükséges idő 20 másodperc.

A fémet az öntőformába öntjük, és a találmány szerinti eljárásnak megfelelően 8 MPa maximális nyomást alkalmazunk olyan módszerrel, amely lehetővé teszi, hogy szabályzott szelepek segítségével a nyomás parabolikusán növekedjen a P = 2xl0'²1² képletnek megfelelően, ahol P MPa egységben és a t másodpercekben van kifejezve, és ezt dp/dt = 4xl0'²1 nyomásnövekedési sebességgel érjük el.

Ez az eljárás lehetővé teszi:

- Az első 2 másodperc alatt 0,08 MPa/s értéket meg nem haladó növekedési sebesség elérését, ezért jóval alacsonyabb, mint a 89-03 706 számú bejelentésben a fémpenetráció elkerülése céljából megadott 0,30 MPa/s határérték, azonban a tx0,075 s időponttól kezdve magasabb, mint a 0,003 MPa/s alsó határérték, ami a mintából származó gáznemű és cseppfolyós maradékok alapos eltávolítását biztosítja.

- A rendelkezésre álló 20 másodperc után elérjük a 8 MPa nyomásértéket, ami szükséges ahhoz, hogy a gyártmány tömörítése teljesen végbemenjen.

A fémpenetráció és a szénzárvány fellépésének nehézségeit a gyártmányban ezáltal elkerüljük olyan körülmények alkalmazásával, amelyek szerint a maximális nyomást elérjük, mielőtt a megszilárdulás foka 30%-ot tesz ki.

A technika állásának megfelelően időben állandó sebességgel növekvő nyomás alkalmazásával, amely. 20 másodperc alatt 8 MPa értéket ér el, 0,4 MPa/s értékhez jutnánk, ez az érték meghaladja azt a határértéket, amely a fémpenetráció jelenségének elkerüléséhez szükséges.

Claims (4)

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Javított eljárás fémgyártmányok öntésére szabályozott nyomáson, elgázosodó haböntőmag alkalmazásával, különösen alumíniumból és ötvözeteiből, amelynek során az öntendő gyártmány szerves habból készült, mintáját olyan öntőformába merítjük, amelynek falait kötőanyagmentes, száraz homok béleli, az öntőformát folyékony fémmel töltjük meg, amely a habot fokozatosan kiégeti és helyettesíti, majd ezután, előnyösen a fém megszilárdulásának kezdete előtt az öntőformát és a fémet olyan kváziizosztatikus gáznyomásnak tesszük ki, amely időben növekszik egy 0,510 MPa közötti állandó érték eléréséig, a nyomás növekedésének fázisa túlnyomást létesít az olvadt fémben a homokhoz képest, amely nyomásnak a növekedés első 5 másodpercében van maximuma, azzal jellemezve, hogy a nyomást kezdetben 0,003-0,3 MPa/s közötti sebességgel növeljük a nyomás növekedésének kezde3

HU 205 289 Β tetői számított időtartam legfeljebb 5 másodperces első periódusában, majd egy második periódus során az első periódusban alkalmazott sebességet meghaladó sebességgel növeljük a nyomást a maximális érték eléréséig.

2. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyomást legfeljebb 2 másodpercet kitevő első periódus alatt növeljük a megadott sebességgel.

3. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás, azzal jellemezve, hogy a nyomást mindkét periódusban állandó sebességgel növeljük.

4. Az 1. igénypont szerinti javított eljárás, azzal 5 jellemezve, hogy a nyomást mindkét periódusban állandóan növekvő sebességgel növeljük.