JPH01210166A - Manufacture of composite cast article - Google Patents

Manufacture of composite cast article

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JPH01210166A
JPH01210166A JP63115962A JP11596288A JPH01210166A JP H01210166 A JPH01210166 A JP H01210166A JP 63115962 A JP63115962 A JP 63115962A JP 11596288 A JP11596288 A JP 11596288A JP H01210166 A JPH01210166 A JP H01210166A
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JP
Japan
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preform
metal
die
matrix
cavity
Prior art date
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Application number
JP63115962A
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Japanese (ja)
Inventor
David James Lloyd
デイビツド・ジェームス・ロイド
Willard Mark T Gallerneault
ウィラード・マーク・トゥルーマン・ギャラーネオールト
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Rio Tinto Alcan International Ltd
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Alcan International Ltd Canada
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Publication date
Application filed by Alcan International Ltd Canada filed Critical Alcan International Ltd Canada
Publication of JPH01210166A publication Critical patent/JPH01210166A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/02Pressure casting making use of mechanical pressure devices, e.g. cast-forging
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/02Pretreatment of the fibres or filaments
    • C22C47/06Pretreatment of the fibres or filaments by forming the fibres or filaments into a preformed structure, e.g. using a temporary binder to form a mat-like element
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/10Alloys containing non-metals
    • C22C1/1036Alloys containing non-metals starting from a melt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/08Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by contacting the fibres or filaments with molten metal, e.g. by infiltrating the fibres or filaments placed in a mould

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Abstract

PURPOSE: To improve the article quality by arranging a preheated preform of a divided solid filler on molten material of metal matrix, pressing from the preform side and also, penetrating the molten metal into the preform. CONSTITUTION: The molten matrix metal 16 and the refractory disc-shaped preform 18 impregnated with the matrix metal 16 are arranged into a die cavity formed with a die 10 and a die plate 11. A spacer strip 30 is arranged on the upper surface of the preform 18 and the die 10 is induction-heated. Successively, the preform 18 is pressed by descended a ram 26. At this time, the temp. difference is formed between the upper and the lower ends of the contents in the cavity, and the molten metal 16 is penetrated into the preform according to progressing of the pressurization and the matrix metal is cooled and solidified. By this method, the impregnation of molten iron into the composite article is sufficiently executed and the porous region is eliminated. Therefore, the article quality is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、金属マトリックス複合材料、より詳しくは、
注型金属マトリックス複合物品の製造方法および該方法
により得られる物品に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to metal matrix composite materials, more specifically,
The present invention relates to a method for manufacturing cast metal matrix composite articles and articles obtained by the method.

[従来の技術] 金属マトリックス複合材料は、分割固体充填物、即ち、
繊維状または粒状材料が中で分配されている金属マトリ
ックス、例えばアルミニウムまたはその合金から成る物
品である。そのような固体充填物は、そのような金属マ
トリックスに組み込んで分配でき、金属中での溶解また
は金属との化学的な結合によりその形態または同一性が
失われないように金属に組み込まれて、その一体性を少
なくとも実質的に保持する。
[Prior Art] Metal matrix composite materials are composed of segmented solid fillings, i.e.
An article consisting of a metal matrix, for example aluminum or an alloy thereof, in which fibrous or particulate material is distributed. Such solid fillers can be incorporated and distributed into such metal matrices and are incorporated into the metal such that they do not lose their form or identity due to dissolution in the metal or chemical bonding with the metal; at least substantially retains its integrity.

日本国特許公開第58−204139号には、複合材料
を製造する方法が記載され、該方法では、強化用繊維お
よびアルミニウム箔の交互に重ねた層を雄型と雌型との
間に配置し、加熱して箔を「溶融」し、比較的低圧に付
して一体の複合材料を製造する。しかしながら、この方
法は、少なくとも不連続な強化用繊維を使用する場合に
、実質的な嵩または厚さを有するインゴットを製造する
には不適当である。そのような場合、それぞれが表面酸
化物フィルムを有する多数の独立した箔層が必要であり
、酸化物の存在により製品の所望の性質を達成すること
ができない。更に、嵩高の複合インゴットを製造する場
合、供給すべき金属の適当量を決定するのが困難である
;金属の量が多すぎるかまたは少なすぎると、許容でき
ない不均一な製品となってしまう。
Japanese Patent Publication No. 58-204139 describes a method for manufacturing a composite material in which alternating layers of reinforcing fibers and aluminum foil are placed between a male mold and a female mold. The foil is heated to "melt" and subjected to relatively low pressure to produce a unitary composite material. However, this method is unsuitable for producing ingots with substantial bulk or thickness, at least when using discontinuous reinforcing fibers. In such cases, a large number of separate foil layers, each with a surface oxide film, are required, and the presence of oxides makes it impossible to achieve the desired properties of the product. Additionally, when producing bulky composite ingots, it is difficult to determine the appropriate amount of metal to provide; too much or too little metal will result in an unacceptable non-uniform product.

また、例えばアメリカ合衆国特許第3,970゜136
号には、繊維状強化材および(固体状態の)マトリック
ス金属のシートを交互に重ねたスタックを配置し、次に
、このスタックを加熱して金属を溶融し、金属が溶融し
た時に圧力を加えて金属を繊維層に浸透させることが退
室されている。しかしながら、これまでに知られている
この種の方法では、(特に、繊維層が多少厚さを有する
場合、)得られる複合材料は、機械的特性に乏しい多孔
質領域を有し易いという問題点が生じる。また、これら
の方法は、得ることができる繊維強化領域の構造に限界
がある。
Also, for example, U.S. Patent No. 3,970°136
The material consists of a stack of alternating sheets of fibrous reinforcement and (in solid state) matrix metal, which is then heated to melt the metal, applying pressure as the metal melts. Infiltration of the metal into the fiber layer is avoided. However, the problem with this type of method known so far is that the resulting composite material tends to have porous regions with poor mechanical properties (especially if the fiber layer has some thickness). occurs. Additionally, these methods have limitations in the structure of the fiber-reinforced region that can be obtained.

[発明の構成」 本発明は、金属マトリックスおよび分割固体充填材を含
んで成る複合注型物品の新規かつ改善された製造方法を
提供する。金属マトリックスの溶融物をダイキャビティ
に入れ、分割固体充填材の予熱した予備成形物をダイキ
ャビティ内の溶融物の上に配置する。キャビティの軸に
対して平行な方向で予備成形物に圧力を加え、予備成形
物を溶融金属中に押し込んで溶融金属を駆動して予備成
形充填物を完全に浸透し、その後、得られた注型物品を
固化させる。本明細書において使用する場合、「予備成
形物」なる語は、分割固体充填繊維または粒状物の有効
に一体となっている多孔質圧縮体を意味し、この圧縮体
は、生強度、即ち、圧縮体の取り扱い時の形状および寸
法が自己保持性であるような強度を示すように充分な圧
縮力にさらされたものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a new and improved method of manufacturing composite cast articles comprising a metal matrix and a segmented solid filler. A metal matrix melt is placed in a die cavity and a preheated preform of segmented solid filler is placed over the melt in the die cavity. Pressure is applied to the preform in a direction parallel to the axis of the cavity, forcing the preform into the molten metal and driving the molten metal to completely penetrate the preform filling, after which the resulting injection Allow the molded article to solidify. As used herein, the term "preform" means an effectively integrated porous compact of segmented solid-filled fibers or granules that has a green strength, i.e. The compressed body is subjected to sufficient compressive force such that its shape and dimensions when handled exhibit such strength that it is self-retaining.

新規方法では、金属マトリックスの溶融物をダイキャビ
ティに供給する。次に、予熱した予備成形物を溶融物の
表面上に配置して、ラムによりその上に圧力を加え、予
備成形物を下向きに溶融物中に押し込んで溶融金属によ
り予備成形物を完全に含浸する。予備成形物の頂部とラ
ムとの間にスペーサーを供給して予備成形物の浸透を助
長するのが好ましい。
In the new method, a metal matrix melt is fed into a die cavity. The preheated preform is then placed on the surface of the melt and the ram applies pressure onto it, forcing the preform downward into the melt to completely impregnate the preform with molten metal. do. Preferably, a spacer is provided between the top of the preform and the ram to aid penetration of the preform.

予備成形物を溶融物中に押し込むこの方法には重要な利
点がある。即ち、溶融物は静止しており、予熱した予備
成形物を溶融物中に押し込んだ場合、熱い金属が冷たい
表面に当たらないので金属の飛散が避けられる。また、
対流を無くすことができるので、熱流はより均一である
This method of forcing the preform into the melt has important advantages. That is, the melt is stationary and when a preheated preform is pushed into the melt, hot metal does not hit cold surfaces, thus avoiding metal spattering. Also,
Since convection can be eliminated, the heat flow is more uniform.

予備成形物層内および予備成形物層を越えた少なくとも
直後においてこの先端面の前方の金属は溶融したままで
、固化先端面がキャビティの軸に沿って金属浸透予備成
形物層を完全に通過して一方向に進むような方法で、ダ
イキャビティ内の熱流を調整することにより固化工程を
実施する。(上記固化先端面の進行方向に対して)予備
成形物層を越えて位置する金属層は、加圧工程の間にそ
の金属層から予備成形物に浸透する金属を過剰に含む。
The metal in front of this tip surface remains molten within the preform layer and at least immediately after crossing the preform layer, so that the solidified tip surface completely passes through the metal-infiltrated preform layer along the axis of the cavity. The solidification process is carried out by adjusting the heat flow within the die cavity in such a way that it proceeds in one direction. The metal layer located beyond the preform layer (with respect to the direction of travel of the solidified tip surface) contains an excess of metal that penetrates from that metal layer into the preform during the pressing step.

このように特徴を組み合わせることにより、多孔質領域
が無く、従って、十分に適当な機械的特性を有すること
を特徴とする有用な複合物品を製造することが可能にな
ることが見出された。
It has been found that by combining features in this way it is possible to produce useful composite articles which are characterized by the absence of porous regions and therefore by having sufficiently suitable mechanical properties.

金属層と繊維層を加熱して押し付けることにより、繊維
強化またはそれに類する金属マトリックス複合材料を製
造するために先に提案した方法において、収れん性の固
化先端面は、金属含浸繊維層内で遭遇し易い。固化金属
の濃度故に先端面の接合部において多孔質領域が形成さ
れる。また、この領域は、両側で固化先端面に結合して
いるので、孔を充填するために溶融金属の連続的な供給
は不可能である。結果として、多孔質領域は、未充填の
ままであり、得られる複合材料は弱くなる。
In the previously proposed method for producing fiber-reinforced or similar metal matrix composites by heating and pressing the metal and fiber layers, an astringent solidified front surface is encountered within the metal-impregnated fiber layer. easy. A porous region is formed at the junction of the tip surfaces due to the concentration of solidified metal. Also, since this region is bonded to the solidified tip surface on both sides, a continuous supply of molten metal to fill the holes is not possible. As a result, the porous regions remain unfilled and the resulting composite becomes weak.

しかしながら、本発明の方法では、予備成形物層全体を
一方向に進む単一の固化先端面が存在するだけであるの
で、収縮により形成される孔は、充填材層の収れん固化
先端面の間に含まれ得ない。
However, in the method of the present invention, since there is only a single solidified front surface traveling in one direction through the entire preform layer, the pores formed by shrinkage are located between the convergent solidified front surfaces of the filler layer. cannot be included in

また、この先端面の前には溶融金属の連続供給があり、
連続的に加えられる浸透圧力下、収縮により形成される
空隙を充填する。
In addition, there is a continuous supply of molten metal in front of this tip surface.
Fills the voids formed by contraction under continuously applied osmotic pressure.

例えばダイの片端を選択的に加熱または冷却することに
より、熱がキャビティの片端から優先的に伝達されるよ
うにダイの片端を選択的に加熱または冷却することによ
り、ダイの片端を選択的に断熱することにより、あるい
はこれらの方法を適当に組み合わせることにより、ダイ
キャビティの対向端間で温度差を形成することにより、
加圧工程の間、ダイキャビティ内の必要な熱流の調整を
行うのが好ましい。そのような温度差によっても、2つ
の対向固化先端面が、キャビティの軸に沿ってキャビテ
ィの対向端から相互に向かって進んでくることか起こり
得るが、異なる開始時間および/または前進速度により
、固化先端面は、予備成形物層目体内ではなくて予備成
形物を越えた過剰金属の領域または層で遭遇し、唯一の
固化先端面のみが予備成形物を通過する。
For example, by selectively heating or cooling one end of the die such that heat is preferentially transferred from one end of the die to one end of the die. By creating a temperature difference between opposite ends of the die cavity by insulating or by any suitable combination of these methods,
Preferably, the necessary heat flow adjustments within the die cavity are made during the pressurization step. Such a temperature difference may also result in two opposing solidified front surfaces advancing toward each other from opposite ends of the cavity along the axis of the cavity, but with different initiation times and/or advancement rates. The solidified leading edge is encountered in a region or layer of excess metal beyond the preform rather than within the preform layer, and only a single solidified leading edge passes through the preform.

キャビティ内にある金属−予備成形物に前向きに浸透圧
力を加えながら、ダイの一端から他端までダイに沿って
かつダイの軸に対して平行に外部熱源を順次一方向に移
動することによりダイキャビティを加熱してよい。この
場合、一方向に進む固化先端面はキャビティの軸に沿っ
て熱源に追随する。
The die is cooled by sequentially moving an external heat source in one direction along the die from one end of the die to the other and parallel to the axis of the die while applying forward osmotic pressure to the metal-preform within the cavity. The cavity may be heated. In this case, the unidirectional solidifying tip follows the heat source along the axis of the cavity.

本発明の別の特徴および利点は、添付図面を参照した以
下の詳細な説明により明白になるであろう。
Other features and advantages of the invention will become apparent from the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings.

説明のために、アルミニウム(マトリックス金属)およ
びSiCまたはA Q 203のような耐火性材料の不
連続強化繊維から成る注型複合ビレットを製造する方法
における態様として本発明を説明する。そのような複合
材料は、構造用および他の目的に有用であり、また、軽
量かつ高強度に特徴がある。
For purposes of illustration, the present invention will be described as an embodiment in a method of manufacturing a cast composite billet consisting of aluminum (matrix metal) and discontinuous reinforcing fibers of a refractory material such as SiC or AQ 203. Such composite materials are useful for structural and other purposes and are characterized by low weight and high strength.

第1図では、金属またはそのようなダイプレート11に
より閉じた下方端を有し、軸方向に垂直でかつ上方で開
いた円筒状ダイキャビティを規定する適当な熱伝導性材
料(例えば鋼)から作られたダイIOを示している。グ
イプレートは、鋼製ベースプレート12上で支持され、
圧縮性断熱材、例えばファイバーフラックス(F 1b
refrax、商標)の層14によりプレー)12から
分離されている。
In FIG. 1, a die plate 11 of metal or other suitable thermally conductive material (e.g. steel) defines an axially perpendicular and upwardly open cylindrical die cavity with a closed lower end. The created die IO is shown. The Goui plate is supported on a steel base plate 12,
Compressible insulation materials, such as fiber flux (F 1b
It is separated from the playback layer 12 by a layer 14 of refrax™.

ダイキャビティ内には、マトリックス金属16およびマ
トリックス金属により含浸して複合金属−繊維物品を製
造する耐火性繊維材料のディスク形状予備成形物18が
配置されている。予備成形物の適当な繊維材料の例には
、アルミナ、酸化ジルコニウム、シリカ、炭化ケイ素、
窒化ケイ素またはニホウ化チタン、特にチョツプドファ
イバーの形態であるアルミナおよびウィスカーもしくは
ヂョゾプドファイバーの形態の炭化ケイ素または窒化ケ
イ素を包含する。
Disposed within the die cavity is a matrix metal 16 and a disc-shaped preform 18 of refractory fibrous material that is impregnated with the matrix metal to produce a composite metal-fiber article. Examples of suitable fibrous materials for preforms include alumina, zirconium oxide, silica, silicon carbide,
Includes silicon nitride or titanium diboride, especially alumina in the form of chopped fibers and silicon carbide or silicon nitride in the form of whiskers or chopped fibers.

予備成形物18の上面に横断方向にスペーサーストリッ
プ30を供給するのが好ましい。これらのスペーサー3
0は、各スペーサーの下方の周端の周囲に例えばケイ酸
ナトリウムのと−ズ31により予備成形物に取り付けて
もよい。スペーサーは予備成形物の頂部の面積の約lO
%を越えずに覆うのが好ましく、ケイ酸ナトリウムはス
ペーサーと予備成形物との間の水平界面に移行しないの
が好ましい。
Preferably, a spacer strip 30 is provided transversely on the upper surface of the preform 18. These spacers 3
0 may be attached to the preform by, for example, sodium silicate tabs 31 around the lower peripheral edge of each spacer. The spacer is approximately lO of the area of the top of the preform.
Preferably, the sodium silicate does not migrate to the horizontal interface between the spacer and the preform.

本発明の方法を実施する場合、グイを包囲してベースプ
レート12の加熱を最小限にするように配置された例え
ば常套の誘導または抵抗ヒーター24によりグイを加熱
する。加熱グイに溶融金属を加えて、グイプレート11
の上に断熱材層20上に配置する。断熱材層は、繊維状
またはそのような材料(例えば、「ファイバーフラック
ス」、ケイ酸アルミニウム繊維)から作られている。ダ
イキャビティと整合するように配置された垂直に移動可
能なラム26を下方に進めて予備成形物I8を押し付け
る。金属が完全に溶融している場合、垂直下方向に圧力
を加えるようにラムを操作できる。
In carrying out the method of the present invention, the goo is heated by, for example, a conventional induction or resistance heater 24, which surrounds the gou and is positioned to minimize heating of the base plate 12. Add molten metal to the heated goo, goui plate 11
The heat insulating material layer 20 is placed on top of the heat insulating material layer 20. The insulation layer is made of fibrous or such materials (eg "fiber flux", aluminum silicate fibers). A vertically movable ram 26, positioned in alignment with the die cavity, is advanced downwardly to force the preform I8. When the metal is completely molten, the ram can be operated to apply vertical downward pressure.

第1図は、マトリックス金属が完全に溶融し、加熱を停
止し、ラムがちょうど予備成形物18と接触するところ
の本発明の方法を実施する様子を示している。その後、
ラムによる圧力は、予備成形物を下方に駆動して第4図
に示すような状態とし、溶融マトリックス金属を断熱材
層20および予備成形物18内に駆動し、また、断熱材
層14を圧縮する。好ましくは、断熱材層20は、予備
成形物18より目の粗い織物であり、その結果、この層
は、予備成形物より先に浸透する。また、好ましくは、
予備成形物は、ラムにより加えられる圧力に十分に耐え
る圧縮強さを有し、従って、初期の形状および寸法を実
質的に保持する。
FIG. 1 shows the implementation of the method of the invention when the matrix metal is completely melted, the heating is stopped and the ram is just in contact with the preform 18. after that,
The pressure from the ram drives the preform downwardly into the condition shown in FIG. 4, driving molten matrix metal into the insulation layer 20 and preform 18, and compressing the insulation layer 14. do. Preferably, the insulation layer 20 is a more open woven fabric than the preform 18, so that this layer penetrates before the preform. Also, preferably,
The preform has sufficient compressive strength to withstand the pressure exerted by the ram and thus substantially retains its original shape and dimensions.

溶融金属を予熱グイに注ぎ込む場合、金属の過熱量はグ
イ温度により変化する。例えば、T(溶融物)−’r(
液相線)+ 120℃の場合、グイ温度は500°Cで
あってよく、また、T(溶融物)=T(液相線)+20
0°Cの場合、グイ温度は300°Cであってよい。冷
却グイを使用する場合、変性金属がグイ壁および予備成
形物に付着するのを防止するために予備成形物とグイ壁
との間でより大きいオフセットが必要である。このオフ
セットは、典型的にはグイ直径が75aiの場合、約2
5〜約12.5imである。予備成形物を高温、例えば
700°Cのオーダーにまで予熱するのが好ましい。
When pouring molten metal into a preheated gouer, the amount of heating of the metal changes depending on the goued temperature. For example, T(melt)−'r(
liquidus) + 120 °C, the Gouy temperature may be 500 °C, and T(melt) = T(liquidus) + 20
In the case of 0°C, the Gui temperature may be 300°C. When using a cooled gouer, a larger offset is required between the preform and the gouer wall to prevent modified metal from adhering to the gouer wall and the preform. This offset is typically about 2 for a 75ai gou diameter.
5 to about 12.5 im. Preferably, the preform is preheated to an elevated temperature, for example on the order of 700°C.

予備成形物に取り付けたスペーサーは2つの機能を果た
す。第1に、通常、液圧浸透と呼ばれる液体金属を浸透
するために空間を提供する。第2に、スペーサーは、予
備成形物からの残留気体を集めるのに使用される。従っ
て、スペーサーが予備成形物より多く繊維を含む場合、
その金属破過圧力および圧力勾配は予備成形物内より大
きく、容易に浸透しにくい。例えば、典型的には予備成
形物が約0.15の繊Xt体積割合(vr)を有する場
合、スペーサーは約0.25のVrを有してよい。
The spacer attached to the preform serves two functions. First, it provides space for liquid metal infiltration, commonly referred to as hydraulic infiltration. Second, spacers are used to collect residual gas from the preform. Therefore, if the spacer contains more fibers than the preform,
Its metal breakthrough pressure and pressure gradient are greater than within the preform and are not easily penetrated. For example, if the preform typically has a fiber Xt volume fraction (vr) of about 0.15, the spacer may have a Vr of about 0.25.

スペーサーは最後に浸透するのが好ましい。Preferably, the spacer penetrates last.

熱はもはや系に加えられていないので、圧力を連続的に
加えるにつれて、予備成形物の含浸と共に、マトリック
ス金属は冷えて固化する。最後にラムを上方に引き上げ
、形成した複合製品をグイから取り出すことができる。
Since heat is no longer being applied to the system, as pressure is continuously applied, the matrix metal cools and solidifies as the preform impregnates. Finally, the ram can be pulled upwards and the formed composite product can be removed from the gou.

加圧を開始する時、ダイキャビティの内容物の上方端と
下方端との間で温度差が形成されている。
When pressurization begins, a temperature difference is created between the upper and lower ends of the contents of the die cavity.

冷却およびその結果としての固化は、ダイキャビティの
頂部および底部から垂直内側方向に進むが、温度差、予
備成形物の下方にある金属の量および予備成形物自体の
垂直方向寸法のために、前進してくる上方および下方固
化先端面は、予備成形物自体内ではなく、予備成形物よ
り下方で金属内において遭遇する。このことが生じるた
めには、金属の固化が完結する前に、予備成形物のマト
リックス金属による浸透を完結するに十分な圧力をラム
により加え続ける必要がある。
Cooling and resulting solidification proceeds vertically inward from the top and bottom of the die cavity, but due to temperature differences, the amount of metal below the preform, and the vertical dimensions of the preform itself, The incoming upper and lower solidified tip surfaces are encountered in the metal below the preform, but not within the preform itself. For this to occur, the ram must continue to apply sufficient pressure to complete infiltration of the preform by the matrix metal before solidification of the metal is complete.

上述の特徴の結果として、含浸マトリックス金属は、予
備成形物内で固化lながL;()、その中を一方向に通
過して進む単一の固化先端面が存在し、従って、予備成
形物内で固化する金属の収縮により生成する空隙を、溶
融金属は常に供給されて充填する、即ち、予備成形物内
で金属の含浸および固化が完結するまで充填する。この
ように、得られる複合材料の望ましくない多孔性を回避
でき、実質的な厚さの複合材料であっても、複合体全体
にわたり満足すべき機械的特性を達成することができる
As a result of the above-mentioned characteristics, the impregnated matrix metal solidifies within the preform, but there is a single solidified front surface through which it passes in one direction, and therefore the preform The molten metal is constantly fed to fill the voids created by the contraction of the metal solidifying within the object, ie until the impregnation and solidification of the metal within the preform is complete. In this way, undesirable porosity of the resulting composite material can be avoided and satisfactory mechanical properties can be achieved throughout the composite material, even with a substantial thickness of the composite material.

初期の温度差を形成するために、第1図の態様では、ラ
ム26は、(ベースプレート12の材料であってもよい
)ダイ用鋼または青銅のような熱伝導性の大きい金属か
ら作り、ダイキャビティに位置させる時は、「冷たい」
、即ち、加熱していない。マトリックス金属の固化を促
進したい場合、ラムは内部を冷却してよいが、そのよう
な積極的な冷却は、全ての場合に必要とは限らない。更
に、ラムを位置させる前に、ダイプレートl!は抵抗ま
たは誘導ヒーター24により加熱され、このプレートの
周辺部分は、加熱ダイに直接接触し、また、熱損失を最
小にするために、プレートは層14によりそれほど加熱
されていないベースプレート12から最初から良く断熱
されていることに注目すべきである。従って、ラムがダ
イキャビティの内容物の上方端を押し付は始める時、ラ
ムの相対的な低温およびキャビティ内容物の下方端のグ
イプレート11の相対的な高温が、キャビティの下方端
を上方端より熱くすることになる。
To create an initial temperature differential, in the embodiment of FIG. "Cold" when placed in the cavity
, that is, not heated. The ram may be internally cooled if it is desired to promote solidification of the matrix metal, but such active cooling may not be necessary in all cases. Furthermore, before positioning the ram, the die plate l! is heated by a resistive or inductive heater 24, the peripheral part of this plate is in direct contact with the heating die, and in order to minimize heat loss, the plate is initially heated from the base plate 12, which is less heated by the layer 14. It should be noted that it is well insulated. Therefore, when the ram begins to press against the upper end of the contents of the die cavity, the relative low temperature of the ram and the relative high temperature of the Goo plate 11 at the lower end of the cavity contents will cause the lower end of the cavity to press against the upper end. It will make it hotter.

最初に、冷たいラムは、ダイキャビティの上部端から熱
を吸収し、キャビティを下方に移動する第1固化先端面
を生成する。ラムにより作用する圧力は、グイプレート
11とベースプレート12との間にある断熱材層14を
圧縮すると、層14の断熱効果を減らし、最初に加熱さ
れているグイプレートと最初は冷たいベースプレートと
の間の熱的接触を促進し、熱がダイキャビティの下方端
から吸収される。その時、含まれている金属の固化がそ
の位置で始まり、ダイの底部における溶融金属の逃げ道
を封止し、上方に移動する第2固化先端面を生成する。
Initially, the cold ram absorbs heat from the upper end of the die cavity, creating a first solidified tip surface that moves down the cavity. The pressure exerted by the ram compresses the insulation layer 14 between the Gouy plate 11 and the base plate 12, reducing the insulation effectiveness of the layer 14 and reducing the gap between the initially heated Gouy plate and the initially cold base plate. heat is absorbed from the lower end of the die cavity. Solidification of the contained metal then begins at that location, sealing the escape route for molten metal at the bottom of the die and creating a second solidifying front surface that moves upward.

しかしながら、ダイキャビティの頂部と底部との間の初
期の温度差の影響により、第2先端面の上方前進は、第
1先端面の下方前進より遅くなる。従って、最終的には
、先端面はそれぞれの出発位置の中間点より実質的に下
方のキャビティ内のある位置で遭遇する。
However, due to the effect of the initial temperature difference between the top and bottom of the die cavity, the upward advancement of the second tip surface is slower than the downward advancement of the first tip surface. Thus, ultimately the tip surfaces will be encountered at a location within the cavity substantially below the midpoint of their respective starting locations.

予備成形物自体および予備成形物の下方の金属の相対的
な厚さは、上述のように、キャビティの上方および下方
端からそれぞれ前進してくる2つの固化先端面が、予備
成形物の下方で遭遇するように選択する。繊維の急速な
加熱を確保するには、予備成形物の厚さは25mm以下
であるのが好ましい。
The relative thicknesses of the preform itself and of the metal below the preform are such that the two solidifying front surfaces advancing from the upper and lower ends of the cavity, respectively, are located below the preform. Choose to encounter. To ensure rapid heating of the fibers, the thickness of the preform is preferably 25 mm or less.

第4図に示すように、下方金属層厚さは十分であり、予
備成形物の含浸が完結した場合、予備成形物より下方に
過剰の金属層が存在し、その部分で固化先端面が遭遇で
きるようになっている。予備成形物より下方のたまりに
過剰の溶融金属が存在することは、第1固化先端面が予
備成形物を通過して下方に前進して行く時に、予備成形
物の浸透を行うために常に溶融金属を連続的に供給する
のを確保するために重要である。
As shown in Fig. 4, when the thickness of the lower metal layer is sufficient and the impregnation of the preform is completed, an excess metal layer exists below the preform, and the solidified tip surface encounters that part. It is now possible to do so. The presence of excess molten metal in the puddle below the preform means that as the first solidified leading edge advances downwardly through the preform, the molten metal is constantly being used to penetrate the preform. It is important to ensure a continuous supply of metal.

第1図に示した装置の例では、ダイlOの壁の肉厚は例
えば25111であり、内径は、約75■である。また
、これはラム26のおおよその径であるが、ラムはわず
かなりリアランスをもってダイキャビティに入ることが
できる。グイプレート11の中央部分の垂直方向厚さは
約6龍であり、そのより薄い端部分の垂直方向厚さは3
IIj!であり、ベースプレート12の垂直方向厚さは
25+mである。ベースプレートおよびラムの双方は、
グイ用鋼から作られている。断熱層は、「ファイバーフ
ラックス」耐火性繊維から作られ、層14の非圧縮垂直
方向厚さは3iiである。層20の垂直方向厚さは、1
 、5 +uである。ヒーター24は、抵抗ヒーターで
ある。
In the example of the apparatus shown in FIG. 1, the wall thickness of the die 10 is, for example, 25111 mm, and the internal diameter is about 75 mm. Also, although this is the approximate diameter of the ram 26, the ram can enter the die cavity with some clearance. The vertical thickness of the central part of the Gui plate 11 is approximately 6 mm, and the vertical thickness of its thinner end portions is 3 mm.
IIj! , and the vertical thickness of the base plate 12 is 25+m. Both the base plate and the ram are
It's made from goo steel. The insulation layer is made from "Fiberflux" refractory fibers and the uncompressed vertical thickness of layer 14 is 3ii. The vertical thickness of layer 20 is 1
, 5 +u. Heater 24 is a resistance heater.

上記装置を使用する典型的な方法では、直径70 mm
、垂直方向厚さ30mm、の耐火性繊維予備成形物に溶
融金属を含浸させる。含浸後の予備成形物より下方のマ
トリックス金属の垂直厚さは30mmである。20〜2
00mPaのラム圧力を240秒間加える。
A typical method using the above device is to use a 70 mm diameter
, 30 mm vertical thickness, is impregnated with molten metal. The vertical thickness of the matrix metal below the preform after impregnation is 30 mm. 20-2
Apply a ram pressure of 00 mPa for 240 seconds.

上述の寸法および条件ならびに0.15の繊維体積割合
(Vf)を有する予備成形物の場合、A12−2%Si
合金をマトリックス金属として使用して660℃に加熱
し、予備成形物を700℃で予熱して、満足すべき複合
材料が得られた。これらのグイ温度では、ベースプレー
トの温度は約200℃である。
For preforms with the dimensions and conditions described above and a fiber volume fraction (Vf) of 0.15, A12-2% Si
Using the alloy as the matrix metal and heating to 660°C and preheating the preform to 700°C, a satisfactory composite material was obtained. At these temperatures, the base plate temperature is approximately 200°C.

本発明は、特に上述した方法および態様に限定されるも
のではなく、本発明の概念から逸脱せずに他の方法で実
施できることが理解されよう。
It will be understood that the invention is not limited to the methods and embodiments particularly described above, but can be implemented in other ways without departing from the inventive concept.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の方法を実施するグイの置所面図、第
2図は、予備成形物の部分室断面図、第3図は、予備成
形物上部平面図、第4図は、含浸した状態の予備成形物
を示す第1図と同様の断面図である。 10・・・グイ、11・・・グイプレート、12・・・
ベースプレート、14・・・断熱材層、16・・・マト
リックス金属、18・・・予備成形物、20・・・断熱
材層、22・・・断熱材層、24・・・ヒーター、26
・・・ラム、30・・・スペーサー、31・・・ビーズ
。 特許出願人 アルキャン・インターナショナル・リミテ
ッド
FIG. 1 is a plan view of the location of a goo for carrying out the method of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of a partial chamber of the preform, FIG. 3 is a plan view of the top of the preform, and FIG. 2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1 showing the preform in an impregnated state; FIG. 10... Gui, 11... Gui plate, 12...
Base plate, 14... Insulating material layer, 16... Matrix metal, 18... Preform, 20... Insulating material layer, 22... Insulating material layer, 24... Heater, 26
...Rum, 30...Spacer, 31...Beads. Patent Applicant: Alcan International Limited

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、金属マトリックスおよびマトリックス中に配合され
てその中で分散している分割固体充填材から成る複合注
型物品を製造する方法であって、金属マトリックスの溶
融物をダイキャビティ内に供給し、分割固体充填材の予
熱した予備成形物を溶融物の上に配置し、キャビティの
軸に対して平行な方向で予備成形物に圧力を加えて予備
成形物を溶融金属中に駆動し、それにより、予備成形充
填材に溶融金属を完全に浸透させ、固化先端面がキャビ
ティの軸に沿って金属浸透予備成形物層を完全に通過し
て一方向に進み、一方、予備成形物層内および予備成形
物層を越えた少なくとも直後においてこの先端面の前に
ある金属は溶融したままであるように、ダイキャビティ
内の熱流を調整することにより得られた注型物品を固化
することを特徴とする方法。 2、熱流を調整する工程が、ダイキャビティの片端領域
が他方より高温になるように、ダイキャビティの対向端
間で温度差を形成することを含んで成り、該過剰金属含
有層が、該予備成形物層とダイキャビティの高温端との
間に位置する特許請求の範囲第1項記載の方法。 3、温度差を形成する工程が、ダイの片端を選択的に加
熱することを含んで成る特許請求の範囲第2項記載の方
法。 4、温度差を形成する工程が、ダイの片端を選択的に冷
却することを含んで成る特許請求の範囲第2項記載の方
法。 5、温度差を形成する工程が、ダイの片端を選択的に断
熱して、ダイの他端でダイキャビティから優先的に熱を
除去することを含んで成る特許請求の範囲第2項記載の
方法。 6、加圧工程を、ダイの該他端でダイキャビティに挿入
されるラムにより行い、該ラムは、ダイの該他端より低
温であり、熱伝導性が大きい材料から作られている特許
請求の範囲第5項記載の方法。 7、該予備成形物が、ディスク形状であり、予備成形物
の上面をラムから隔てるために予備成形物の上面に取り
付けられたスーペーサーを有する特許請求の範囲第2項
記載の方法。 8、該マトリックス金属がアルミニウムであり、該充填
材は、強化耐火性繊維を含んで成る特許請求の範囲第1
項記載の方法。
[Claims] 1. A method for producing a composite cast article comprising a metal matrix and a segmented solid filler incorporated into and dispersed within the matrix, the method comprising: depositing a melt of the metal matrix into a die cavity; Place the preheated preform of the split solid filler on top of the melt and apply pressure to the preform in a direction parallel to the axis of the cavity to inject the preform into the molten metal. driving, thereby completely impregnating the preform filler with the molten metal so that the solidified tip surface passes completely through the metal infiltrated preform layer along the axis of the cavity in one direction, while the preform solidifying the resulting cast article by adjusting the heat flow within the die cavity such that the metal in front of this tip surface remains molten within the material layer and at least immediately after crossing the preform layer; A method characterized by: 2. adjusting the heat flow comprises creating a temperature difference between opposite ends of the die cavity such that one end region of the die cavity is hotter than the other, and the excess metal-containing layer The method of claim 1, wherein the molding layer is located between the hot end of the die cavity. 3. The method of claim 2, wherein the step of creating a temperature differential includes selectively heating one end of the die. 4. The method of claim 2, wherein the step of creating a temperature differential includes selectively cooling one end of the die. 5. The method of claim 2, wherein the step of creating a temperature differential comprises selectively insulating one end of the die to preferentially remove heat from the die cavity at the other end of the die. Method. 6. A patent claim in which the pressurizing step is performed by a ram inserted into the die cavity at the other end of the die, and the ram is made of a material having a lower temperature and greater thermal conductivity than the other end of the die. The method described in item 5. 7. The method of claim 2, wherein the preform is disc-shaped and has a spacer attached to the top surface of the preform to separate the top surface of the preform from the ram. 8. Claim 1, wherein the matrix metal is aluminum and the filler comprises reinforced refractory fibers.
The method described in section.
JP63115962A 1988-02-18 1988-05-11 Manufacture of composite cast article Pending JPH01210166A (en)

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CA559212 1988-02-18
CA559,212 1988-02-18

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