NO300899B1 - Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpekomposittmateriale - Google Patents
Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpekomposittmateriale Download PDFInfo
- Publication number
- NO300899B1 NO300899B1 NO930141A NO930141A NO300899B1 NO 300899 B1 NO300899 B1 NO 300899B1 NO 930141 A NO930141 A NO 930141A NO 930141 A NO930141 A NO 930141A NO 300899 B1 NO300899 B1 NO 300899B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- particles
- alloy
- wetting
- composite material
- matrix
- Prior art date
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 14
- 238000000465 moulding Methods 0.000 title 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 80
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 68
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 68
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000009736 wetting Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 35
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000006735 deficit Effects 0.000 claims description 2
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 claims description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011214 refractory ceramic Substances 0.000 claims 1
- 239000012779 reinforcing material Substances 0.000 claims 1
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 claims 1
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 21
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 14
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 abstract 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 229910000789 Aluminium-silicon alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011236 particulate material Substances 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 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
- B22D27/00—Treating the metal in the mould while it is molten or ductile ; Pressure or vacuum casting
- B22D27/20—Measures not previously mentioned for influencing the grain structure or texture; Selection of compositions therefor
-
- 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
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- 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
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
- C22C1/1047—Alloys containing non-metals starting from a melt by mixing and casting liquid metal matrix composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
- C22C32/0063—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides based on SiC
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Glass Compositions (AREA)
Abstract
Et støpekomposittmateriale fremstilles fra partikler og en matrikslegering med forhåndsvalgt sammensetning som med vanskelighet fukter partiklene. En fuktende legering med en sammensetning som lett fukter partiklene, blandes forst med partiklene under betingelser ved hvilke den fuktende legering fukter partiklene. Den fuktende legering velges slik at den ikke har noen legerende elementer i overskudd av det som skal være tilstede i den forhåndsvalgte matrikslegering, og fortrinnsvis har den et nedsatt innhold av fuktinhiberende elementer. Etter fukting og blanding er oppnådd, blir de gjenværende legerende bestanddeler tilsatt smeiten for å justere matriksen til den ønskede sammensetning. Fremgangsmåten er anvendbar for støpte komposittmaterialer inneholdende både reaktive og ikke-reaktive partikler. Det er beskrevet et støpekomposittmateriale dannet av 5-35 volumprosent av en partikkelformig forsterkning, eksempelvis silisiumkarbid, innbakt i alumiumlegering-matriksen inneholdende 8,5-12,6 vektprosent silisium. Det silisiuminnehbldende komposittmateriale er spesielt egnet for anvendelse som en smelteverklegering for om-smeltingsformål.
Description
Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt i krav l's ingress, ved fremstilling av støpe-komposittmaterialer med en matrikslegering som ikke lett fukter de forsterkende partikler.
Støpte komposittmaterialer blir konvensjonelt dannet ved å smelte en matrikslegering i en digel eller reaktor og deretter tilsette partiklene. Blandingen blir kraftig blandet for å fremme fukting av matrikslegeringen til partiklene, og etter en passende blandetid blir blandingen støpt til former eller barrer. Blandingen utføres slik at innføring av gass i blandingen nedsettes til et minimum. De støpte komposittmaterialer har fullt utfuktede partikler, få hulrom, og har generelt en jevnt blandet struktur. Fullstendig fukting er nødvendig for å oppnå full komposittstyrke eller andre mekaniske egenskaper.
Slike støpte komposittmaterialer er meget billigere å fremstille enn andre typer metall-matrikskomposittmateria-ler som eksempelvis fremstilles ved pulvermetallurgisk teknologi. Komposittmaterialet fremstilt i henhold til denne fremgangsmåte er beskrevet i US-patentene 4.759.995 og 4.786.467 og har oppnådd en kommersiell suksess kun noen få år etter at de ble introdusert.
Etter at komposittmaterialer ble fremstilt kommersielt har kundene enkelte ganger krevet partikkel/matrikslegering-kombinasjoner hvor matriksen ikke lett fukter partiklene. I andre tilfeller er det funnet nye metallegeringer som gir uventet overlegent bedre virkning når det anvendes som matriksfasen for komposittmaterialene, bortsett fra pro-blemet med at komposittmaterialene er vanskelige å fremstille kommersielt som følge av matrikslegeringens manglende evne til lett å fukte partiklene og blande seg med partiklene.
Det finnes et antall forskjellige teknikker som kan anvendes for å fremme fukting og som i visse tilfeller kan virke tilfredsstillende. Partiklene kan modifiseres ved spesielle belegg, men belegningsoperasjonen kan i vesentlig grad heve omkostningene for partiklene og for komposittmaterialet. Små mengder reaktive gasser kan innføres i blandekammeret, men den forbedrede fukting kan kun oppnås på bekostning av øket porøsitet i det støpte materiale. Spesielle reaktive legerende bestanddeler kan også tilsettes smeiten, men disse er ofte dyre og kan ofte ha uheldige konsekvenser ved dannelse av uønskede mindre faser i det støpte komposittmateriale. En annen tilnærming er å heve temperaturen under blandingen for å oppnå fukting, men den forøkede temperatur kan også resul-tere i en akselerasjon av fremstilling av ødeleggende mindre faser, hvor slike faser favoriseres termodynamisk, men dannes kinetisk langsomt ved lavere temperaturer.
Det eksisterer derfor et kontinuerlig behov for en forbedret teknikk ved fremstilling av støpte komposittmaterialer fra partikkel/matrikslegerings-kombinasjoner hvori matriksmate-rialet i seg selv ikke fukter partiklene. Det er ønskelig at en slik teknikk ikke skal øke produksjonsomkostningene eller ha ødeleggende effekter.
En potensiell anvendelse av støpte komposittmaterialer er i støperiomsmeltningslegeringer. Komposittmaterialet fremstilles av tilvirkeren og støpes til barrer i hans anlegg. De støpte barrer transporteres til et kommersielt støperi hvor de omsmeltes og støpes til den endelige sluttform som er ønsket av forbrukeren. Denne støperiomstmeltnings-fremgangsmåte er vanlig i industrien når det gjelder fremstilling av konvensjonelle aluminiumlegeringer, og innføring av alumini-umbaserte støpte komposittmaterialer for mange formål er kun praktisk når de kan anvendes på denne måte.
Erfaringen har vist at med riktig blandeteknikk kan mange forskjellige støpte komposittmaterialer blandes av leveran-dørene . I blandetrinnet er den maksimale temperatur som den smeltede kompositt kan oppvarmes til, vanligvis begrenset for å unngå dannelse av uønskede reaksjonsprodukter mellom ma-trikslegeringselementene og de forsterkende partikler. Visse reaksjonsprodukter kan nedsette komposittmaterialets mekaniske egenskaper og forårsake porøsitet i dette, hvilket følgelig bør unngås.
Imidlertid er mange av disse støpekomposittmaterialer ikke forenelig med kommersiell støperiomsmeltningspraksis. Støpte komposittmaterialer anvendt for omsmeltningsformål må tillate høye omsmeltningstemperaturer, generelt høyere enn de som anvendes under komposittblandeoperasjonen, samt lange om-smeltningsholdetider. Støping av metallkomposittmaterialer til komplekse former krever at det smeltede metallmateriale kan bli overoppvarmet over sitt smeltepunkt til å bli meget lettflytende, slik at metallblandingen kan strømme inn i kalde formhulrom over betydelige avstander før overoppvar-mingen fjernes og metallet fryser. Jo større omsmeltningstemperatur som tillates for materialet og jo større fluiditet for dette, desto større er lengden det smeltede komposittmateriale kan strømme inn i formhulrommene før det størkner, og desto mer intrikate produkter kan støpes.
Videre vil dagens støperiteknikker vanligvis kreve smelting av større masser av støpelegeringen for å nå en stabil temperatur fordel ing og for støping av artikler fra den større smeltede masse. Det omsmeltede materiale kan forbli ved en forhøyet temperatur over lengre tidsperioder, såsom opptil 24 timer, før støping. Under denne holdeperiode kan komposittmaterialets støpbarhet forringes, slik at komposittmaterialet kan være mye mindre støpbart etter en slik holdetid, i forhold til støping umiddelbart etter omsmeltning. Det er viktig at komposittmaterialet er støpbart ved slik kommersiell praksis som har vært etablert i lengre tid, for å påskynde aksept av komposittmaterialene av støperiansvarlige.
I et spesielt eksempel har aluminium-7 vektprosent silisiumlegeringer blitt anvendt i mange år innen industrien som omsmeltbare legeringer, dette fordi legeringene har god fluiditet og akseptable egenskaper etter støping. Et tilfredsstillende komposittmateriale av eksempelvis 15 volumprosent silisiumkarbidpartikler i en aluminium-7 vekt-prosent silisiumlegering kan fremstilles og støpes av produsenten ved en maksimal temperatur på 685°C under blandeprosessen. Barrer av denne legering tilføres en omsmelter i et smelteverk, hvor barrene smeltes og den smeltede kompositt holdes ved en konvensjonell omsmeltningstemperatur på ca. 788°C i 8 timer før støping. Det støpte komposittmateriale støpes meget slett, har lav fluiditet og resulterer i et uakseptabelt produkt. Komposittmaterialet blir derfor avvist for denne spesielle anvendelse, selv om det ellers ville gi viktige fordeler til sluttproduktet.
Det er derfor et behov for en forbedret tilnærming ved fremstilling av støpte komposittmaterialer, spesielt fordi materialer som anvendes for omsmeltningsanvendelser i støpeverk. Foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller dette behov og tilveiebringer også ytterligere beslektede fordeler.
Et trekk ved foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en
fremgangsmåtemodifisering som tillater fremstilling av mange støpekomposittmaterialer med partikkel/matriks-legerings-sammensetninger som er vanskelige å fremstille på grunn av at partiklene ikke lett fuktes av matrikslegeringen. Ingen nye legeringsbestandeler eller atmosfæriske tilsetninger er nødvendige, partiklene behøver ikke å være belagte, og temperaturen blir ikke hevet over den som normalt anvendes. Fremstillingsomkostningene forblir i det vesentlige uendrede i forhold til konvensjonelle prosedyrer. I visse tilfeller vil kvaliteten av det resulterende komposittmateriale være overraskende forbedret i forhold til alt som er tidligere kj ent.
I henhold til dette trekk ved oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte ved fremstilling av et støpt komposittmateriale, med partikler innbakt i en aluminiumlegeringmatriks med for-valgt sammensetning, som ikke lett fukter partiklene, trinnene å tilveiebringe en smeltet blanding av partiklene og en fuktende legering med en sammensetning som lett fukter partiklene og som ikke inneholder noen legeringselementer i en mengde som er vesentlig i overskudd i forhold til den forvalgte matriksblanding; å sammenblande smeiten under slike betingelser at den fuktende legering fukter partiklene; å tilføre ytterligere legeringsbestanddeler til smeiten for å justere blandingen av matriksen til den forvalgte sammensetning og fordele de øvrige legeringsbestanddeler i smeiten, som deretter støpes.
Denne teknikk er basert på at det er funnet at visse matrikslegering-blandinger fremmer fukting av spesielle partikkel-typer og andre blandinger forhindrer fukting. Når en kombina-sjon av partikler og matrikslegeringblanding som er vanskelig å fukte skal fremstilles, blir i henhold til foreliggende oppfinnelse matrikslegeringen evaluert for tilstedeværelse av enten fuktighetsfremmende elementer, kombinasjoner eller mengder, eller av fuktbarhetshindrende midler, kombinasjoner eller mengder.
Hvis slike fremmende eller inhiberende blandinger kan identifiseres for et komposittsystem, kan det fremstilles en fuktende legeringsblanding som utnytter denne situasjon. Den fuktende legering må ikke inneholde mer enn den nødvendige mengde av hvert element i den endelige matrikslegeringsblan-ding, men kan inneholde mindre eller intet. Fukting av matriksen til partiklene blir deretter oppnådd med den fuktende legering. Etter at fukting er oppnådd blir sammensetningen av matriksen justert med ytterligere legeringstilsetninger for å nå den ønskede ferdige matrikssammensetning.
Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del. Ytterligere trekk fremgår av kravene 2-10 .
Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer også et støpt komposittmateriale med en metall-legering-matrikskomponent hvis sammensetninger omhyggelig valgt for å unngå dannelse av uønskede og ødeleggende faser under fremstilling, omsmelting og avsluttende støping. Mengden av en legerende bestanddel kontrolleres omhyggelig for å forhindre at egenskapene forringes under omsmeltning, forhindre dannelse av uønskede faser og forhindre god støpbarhet. Andre konvensjonelle legeringsbestanddeler kan varieres etter behov for å oppnå andre ønskelige egenskaper i sluttproduktet. Den partikkelformige bestanddel behøver ikke å endres eller velges spesielt for å oppnå en kompositt med gode omsmeltningsegen-skaper.
Det nye komposittmateriale omfatter en blanding av 5-3 5 volumprosent ikke-metalliske, forsterkende partikler og 95-65 volumprosent av en matrikslegering, idet matrikslegeringen er en aluminiumbasert legering inneholdende 8,5-12,6 vektprosent silisium. Andre konvensjonelle aluminiumlege-ringselementer kan tilsettes matrikslegeringen etter behov og vil ikke innvirke på silikonets gunstige effekter. Slike andre legerende elementer kan eksempelvis innbefatte kobber, nikkel, magnesium, jern og mangan.
Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende, mer detaljerte beskrivelse av den foretrukne ut-førelsesform, hvor prinsippene ved oppfinnelsen skal vises under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: Figur 1 viser skjematisk et fluiditetsprøveapparat og figur 2 viser grafisk fluiditetsforsøksresultater som funksjon av silisiuminnhold.
I henhold til oppfinnelsen omfatter fremgangsmåten ved fremstilling av et støpt komposittmateriale med innbakte partikler i en matriks av en forhåndsvalgt blanding som kun med stor vanskelighet fukter partiklene, trinnene å tilveiebringe en smeltet blanding av partiklene og en fuktende legering med sammensetning som den forvalgte matrikssammensetning, men med et underskudd på et fuktbarhetsforhindrende element. Den fuktende legering fukter lett partiklene ved blanding, idet sammenblandingen av den smeltede blanding for å fukte partiklene med den fuktende legering utføres under betingelser som er slik at partiklene fordeles gjennom hele volumet av smeiten og partiklene og metallsmelten skjærbeve-ges ved siden av hverandre for å fremme fukt ingen av partiklene med smeiten, idet blandingen også finner sted under betingelser som minimaliserer innføring av eventuell gass i smeiten og slik at tilbakeholdelse av en eventuell i blandingen av partiklene og smeltet metall holdes ved et minimum. Blandetemperaturen holdes slik at det ikke skjer noen kjemisk nedbrytning av det smeltede metall i løpet av den tid nødvendig for å fullstendiggjøre blandetrinnet og deretter tilsette det eller de fuktighetsinhiberende elementer til smeiten, slik at denne får den forvalgte sammensetning, og støpe den resulterende smelte ved en støpetemperatur som er tilstrekkelig høy til at i det vesentlige ikke noe fast metall er tilstede.
Et spesielt nyttig støpekomposittmateriale har innbakt reaktive silisiumkarbidpartikler i en aluminiumlegeringmatriks med ca. 10 vektprosent silisium. Støping av denne legering kan kun oppnås med stor vanskelighet hvis man kombinerer alle bestanddelene og blander dem. Selv om legeringen kan blandes, innføres det partikkelformige materiale langsomt i smeiten, og denne blir så viskøs at
den er vanskelig å støpe.
For å fremstille en slik legering ved den foretrukne fremgangsmåte blir en fuktende legering av aluminium og ca. 7 vektprosent silisium fremstilt og blandet med silisiumkarbidpartikler under anvendelse av fremgangsmåten omtalt i US patentene 4.759.995 og 4.786.467. Fukting av partiklene med en fuktende legering oppnås lett i løpet av ca. 1 times blanding, og viskositeten er akseptabel. En tilsetning av det gjenværende silisium og eventuelle andre legeringstilsetninger nødvendig for å justere matriksen til det ønskede legeringsinnhold, blir deretter utført ved at tilsetningene oppløses og fordeles gjennom hele volumet av smeiten, hvoretter denne støpes.
Forbedringen som oppnås ved den ovenfor nevnte fremgangsmåte er ganske overraskende. Normalt vil fluiditeten for aluminium-silisiumlegeringer øke med økende silisiuminnhold. Oppnåelse av bedre fukting med et lavere silisiuminnhold var ikke forventet.
Det støpte komposittmateriale inneholdende silisium omfatter en blanding inneholdene 5-35 volumprosent silisiumkarbidpartikler og 95-64 volumprosent av en støpt matrikslegering, hvor matrikslegeringen er en aluminiumbasert legering inneholdende 9,5-11,0 vektprosent silisium. Mer foretrukket er silisiuminnholden ca. 10 vektprosent av matriksen.
De følgende eksempler vises i tillegg til de tidligere diskuterte, for å belyse oppfinnelsen.
Eksempel 1
For å fremstille et støpt komposittmateriale med 2 0 volumprosent silisiumkarbidpartrikler i en matrikslegering med 10 vektprosent silisium, 1 vektprosent magnesium, resten aluminium ble det fremstilt en fuktende legering inneholdene 7 vektprosent silisium, 1 vektprosent magnesium, resten aluminium. Passende mengder av silisiumkarbid og den fuktende legering ble blandet i henhold til fremgangsmåten beskrevet i US patentene 4.759.995 og 4.786.467. Mer spesielt ble den fuktende legering smeltet ved 671°C, og den riktige mengde silisiumkarbidpartikler ble tilsatt på overflaten av smeiten under vakuum i løpet av en tidsperiode på 35 min mens smeiten ble blandet med en propell. Etter at alt silisiumkarbidet var tilsatt ble blandingen fortsatt i ytterligere 25 min under vakuum. Denne fremgangsmåte ga full fukting av legeringen med aluminiumet inneholdende 7 vekt- prosent silisium og 1 vekt-prosent magnesium til partiklene. Blandingen ble avbrutt og kammeret ventilert til luft, og en tilstrekkelig mengde silisium ble tilsatt for å justere matrikssammensetningen til 10 vektprosent silisium og 1 vektprosent magnesium. Kammeret ble forseglet og vakuum pålagt, og blanding ble fortsatt i ytterligere 15 min for å oppløse de legerende tilsetninger og fordele dem jevnt i smeiten. Komposittmaterialet ble støpt til råbarrer. Råbarrene ble tilført et smelteverk for omsmelting, og det omsmeltede komposittmateriale ble funnet å ha utmerket fluiditet for støping inn i smale passasjer.
Eksempel 2 (sammenligning)
Eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at den trinnvise legering ikke ble anvendt. Det vil si konvensjonell praksis ble fulgt ved at det ble fremstilt en sluttmatrikslegering inneholdende 10 vektprosent silisium, 1 vektprosent magnesium, resten aluminium. Silisiumkarbidpartiklene i den riktige mengde ble tilsatt til smeiten og smeiten blandet i løpet av den samme tidsperiode som i eksempel 1. Den resulterende smelte var meget viskøs og kunne ikke støpes i former med passasjer med liten diameter.
Eksempel 3
Eksempel 1 ble gjentatt, bortsett fra at kompositten ble brakt til å inneholde 10 volumprosent silisiumkarbidpartikler. Den endelige smelte var fluid og kunne støpes i former med både store og små passasjer.
Eksempel 4 (sammenligning)
Eksempel 2 ble gjentatt, bortsett fra at kompositten ble brakt til å inneholde 10 volumprosent silisiumkarbidpartikler.
Eksempel 5
De mekaniske egenskaper for støpte prøver av det støpte komposittmateriale med trinnvis tilsetning av legering, ifølge eksempel 3, og av det konvensjonelt fremstilte støpte komposittmaterialet i eksempel 4 ble bestemt. Den følgende tabell viser resultatene.
De støpte komposittmaterialer fremstilt ved den trinnvise tilsetning av legeringsbestanddelene utviste vesentlig forbedrede egenskaper etter støping sammenlignet med de fremstilt på den konvensjonelle måte.
Den andre klasse partikler er ikke-reaktive partikler, såsom aluminiumoksydpartikler. I henhold til en annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen for å håndtere ikke-reaktive partikler, omfatter en fremgangsmåte ved fremstilling av et støpekomposittmateriale med partikler innbakt i en aluminiumlegeringmatriks trinnene å tilveiebringe en smeltet blanding av partiklene og en aluminiumbasert fuktende legering inneholdende ca. 1 vektprosent silisium og ca. 0,5 vektprosent magnesium, blande den smeltede blanding under betingelser som er slik at den fuktende aluminiumlegering fukter partiklene, tilsette de ytterligere elementer nødvendig for å justere legeringsinnholdet i smeiten til den ønskede sluttsammenset-ning, oppløse og fordele de ytterligere tilsetninger gjennom hele smeiten og deretter støpe denne.
For å fremstille et støpekomposittmateriale inneholdende ikke-reaktive partikler blir partiklene først blandet med den fuktende legering som er kjent for å fukte partiklene og som har en tilstrekkelig fluiditet for blanding. Det er eksempelvis kjent at aluminiumlegeringer inneholdende ca. 1 vektprosent silisium og 0,6 vektprosent magnesium lett fukter aluminiumoksydpartikler under blanding. Mange aluminiummatriksle-geringer av interesse inneholder minst 1 vektprosent silisium og minst 0,6 vektprosent magnesium, slik at en initial fukting kan oppnås med en aluminiumlegering med denne sammensetning. Etter fukting blir sammensetnignen av matriksen justert med ytterligere tilsetninger av legerende ele- menter. Den initiale fukting oppnås under anvendelse av den fuktende legering og ved fremgangsmåten i henhold til US patentene 4.759.995 og 4.786.467.
I den foregående beskrivelse og i eksemplene 1-5 er det vist fremgangsmåter for oppnåelse av akseptable fuktede støpe-komposittmaterialer av både reaktive og ikke-reaktive partikler. I hvert tilfelle er det vist at komposittmaterialer som er vanskelige å fremstille på konvensjonell måte, kan fremstilles under anvendelse av den konvensjonelle blande-prosedyre og med en matrikslegering som er kjent for å virke slik at den først oppnår fukting av matrikslegeringen til partiklene, hvoretter matriksens sammensetning justeres til det forhåndsvalgte legeringsnivå. I hvert tilfelle er det ikke krevet noe belegg på partiklene, spesielle legeringselementer, spesielle atmosfæriske betingelser eller forhøyede temperaturer. Den eneste endring i fremstillingsprosedyrene er å tilsette noe av legeringselementene etter at fuktingen er fullstendig, samt å fortette å blande i en kort tid etter dette for å innarbeide disse etterfølgende tilsetninger i smeiten.
Komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen tilveiebringer en viktig kommersiell fordel innen støpeteknikken av komposittmaterialer. Materialet kan blandes og støpes av en primær komposittmaterialfabrikant og transporteres som en støpt barre til et støperi for omsmelting og støping til presise former etter behov. Matrikslegeringens sammensetning velges slik at omsmeltningspraksisen ved støperiet kan være tilsva-rende konvensjonell omsmeltingspraksis, hvilket ikke vil være mulig for et støpt komposittmateriale med konvensjonelt legeringsinnhold. Utmerket fluiditet av det smeltede komposittmateriale bibeholdes, selv når dette holdes i en omsmel-tedigel over lengere tidsperioder og ved temperaturer som tidligere var antatt å være uakseptabelt høye fordi de ga uønskede reaksjonsprodukter.
Claims (10)
1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et støpekompositt-materiale med partikler innbakt i en metall-legeringmatriks av forhåndsvalgt sammensetning, som kun med vanskelighet fukter partiklene,
karakterisert ved de følgende trinn: å kombinere frittstrømmende, ikke-metalliske forsterkende partikler og en fuktende aluminiumleging med en forhåndsvalgt matrikssammensetning, men med et underskudd av fuktighetsinhiberende elementer, hvilken fuktende legering er i stand til å fukte partiklene ved blanding, å sammenblande de kombinerte frittstrømmende partikler og smeltet fuktende aluminiumlegering for å fukte partiklene med den fuktende legering under betingelser ved hvilke partiklene fordeles gjennom hele volumet av smeiten og partiklene og aluminiumsmelten skjæres forbi hverandre for å fremme fukting av partiklene med smeiten, idet blandingen utføres slik at en eventuell innføring av gass i smeiten minimaliseres og eventuell retensjon av gass i smeiten minimaliseres, idet sammenblandingen av partiklene og det smeltede aluminium skjer ved en temperatur ved hvilken partiklene ikke i vesentlig grad nedbrytes kjemisk i smeltet aluminium i løpet av det tidsrom som er nødvendig for å fullstendiggjøre blandetrinnet, hvoretter de fuktighetsinhiberende elementer tilsettes blandingen av partiklene og den fuktende smeltede aluminiumlegering, slik at matriksen får den forhåndsvalgte sammensetning, og
støpe den resulterende smeltede blanding ved en
støpetemperatur tilstrekkelig høy til at i det vesentlige ikke noe fast metall er tilstedeværende.
2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det ikke-metalliske forsterkende materiale er en ildfast keram valgt fra gruppen bestående av metalloksyd, metallnitrid, metallkarbid, metallsilisid og et glass.
3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den fuktende aluminiumlegering inneholder 0,1-7 vektprosent silisium.
4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-3, karakterisert ved at den fuktende Al-legering inneholder ca. 1,0 vektprosent silisium og ca. 0,8 vektprosent magnesium.
5. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at silisium tilsettes blandingen som det fuktinhiberende element for å gi det ferdige komposittmateriale inneholdende mer enn 7 vektprosent silisium.
6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-5, karakterisert ved at det endelige komposittmateriale inneholder 5-35 volumprosent av forsterkende partikler.
7. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at det endelige komposittmateriale inneholder 8,5-12,6 vektprosent silisium.
8. Fremgansmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-6, karakterisert ved at det endelige komposittmateriale inneholder 9,5-11,0 vektprosent silisium.
9. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at de forsterkende partikler er silisiumkarbid.
10. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1-8, karakterisert ved at de forsterkende partikler er aluminiumoksyd.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/558,630 US5083602A (en) | 1990-07-26 | 1990-07-26 | Stepped alloying in the production of cast composite materials (aluminum matrix and silicon additions) |
US57221890A | 1990-08-16 | 1990-08-16 | |
PCT/CA1991/000242 WO1992001821A1 (en) | 1990-07-16 | 1991-07-12 | Cast composite materials |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO930141D0 NO930141D0 (no) | 1993-01-15 |
NO930141L NO930141L (no) | 1993-03-15 |
NO300899B1 true NO300899B1 (no) | 1997-08-11 |
Family
ID=27071794
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO930141A NO300899B1 (no) | 1990-07-26 | 1993-01-15 | Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpekomposittmateriale |
NO971130A NO971130L (no) | 1990-07-26 | 1997-03-12 | Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpt komposittmateriale |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO971130A NO971130L (no) | 1990-07-26 | 1997-03-12 | Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpt komposittmateriale |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
EP (2) | EP0539417B1 (no) |
AU (1) | AU669309B2 (no) |
CA (1) | CA2086520C (no) |
DE (1) | DE69120415T2 (no) |
MX (1) | MX9100238A (no) |
NO (2) | NO300899B1 (no) |
WO (1) | WO1992001821A1 (no) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5513688A (en) * | 1992-12-07 | 1996-05-07 | Rheo-Technology, Ltd. | Method for the production of dispersion strengthened metal matrix composites |
GB2316092A (en) * | 1996-08-08 | 1998-02-18 | London Scandinavian Metall | Metal matrix composite alloys |
EP0839589A1 (de) | 1996-11-04 | 1998-05-06 | Alusuisse Technology & Management AG | Verfahren zur Herstellung eines Metallprofilstranges |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4786467A (en) * | 1983-06-06 | 1988-11-22 | Dural Aluminum Composites Corp. | Process for preparation of composite materials containing nonmetallic particles in a metallic matrix, and composite materials made thereby |
US4759995A (en) | 1983-06-06 | 1988-07-26 | Dural Aluminum Composites Corp. | Process for production of metal matrix composites by casting and composite therefrom |
JPS62238340A (ja) * | 1986-04-07 | 1987-10-19 | Toyota Motor Corp | 酸化還元反応を利用したアルミニウム合金の製造方法 |
DE3807541C1 (no) * | 1988-03-08 | 1989-07-27 | Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De | |
ATE113317T1 (de) * | 1988-06-17 | 1994-11-15 | Norton Co | Verfahren zur herstellung von verbundwerkstoff, insbesondere eine metallmatrix mit dispergierten keramikteilchen. |
US5000247A (en) * | 1988-11-10 | 1991-03-19 | Lanxide Technology Company, Lp | Method for forming metal matrix composite bodies with a dispersion casting technique and products produced thereby |
-
1991
- 1991-07-12 DE DE69120415T patent/DE69120415T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1991-07-12 WO PCT/CA1991/000242 patent/WO1992001821A1/en active IP Right Grant
- 1991-07-12 EP EP91912577A patent/EP0539417B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-12 CA CA002086520A patent/CA2086520C/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-12 EP EP95108612A patent/EP0671478A3/en not_active Ceased
- 1991-07-16 MX MX919100238A patent/MX9100238A/es unknown
-
1993
- 1993-01-15 NO NO930141A patent/NO300899B1/no not_active IP Right Cessation
-
1994
- 1994-11-25 AU AU79031/94A patent/AU669309B2/en not_active Ceased
-
1997
- 1997-03-12 NO NO971130A patent/NO971130L/no not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO930141D0 (no) | 1993-01-15 |
MX9100238A (es) | 1992-02-28 |
AU8187991A (en) | 1992-02-18 |
DE69120415D1 (de) | 1996-07-25 |
EP0671478A3 (en) | 1995-11-29 |
NO971130L (no) | 1997-03-15 |
CA2086520A1 (en) | 1992-01-17 |
WO1992001821A1 (en) | 1992-02-06 |
NO930141L (no) | 1993-03-15 |
CA2086520C (en) | 2000-06-27 |
EP0671478A2 (en) | 1995-09-13 |
EP0539417B1 (en) | 1996-06-19 |
AU669309B2 (en) | 1996-05-30 |
EP0539417A1 (en) | 1993-05-05 |
NO971130D0 (no) | 1997-03-12 |
AU652950B2 (en) | 1994-09-15 |
DE69120415T2 (de) | 1996-10-31 |
AU7903194A (en) | 1995-02-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101342297B1 (ko) | 액체-고체 금속 합성물을 제조하기 위한 장치 및 방법 | |
CN106609331A (zh) | 高塑性压铸镁合金及其成形方法 | |
CN113862531A (zh) | 一种铝合金及其制备方法 | |
US5402843A (en) | Stepped alloying in the production of cast composite materials | |
CN114959328A (zh) | 一种含金属硅化物的高刚度镁合金及其制备方法 | |
US5394928A (en) | Cast composite material with high-silicon aluminum matrix alloy and its applications | |
CN115627376B (zh) | 一种铸造铝硅合金用Al-Nb-TiB2细化剂的制备方法 | |
NO300899B1 (no) | Fremgangsmåte ved fremstilling av et stöpekomposittmateriale | |
US3856583A (en) | Method of increasing hardness of aluminum-silicon composite | |
US3961945A (en) | Aluminum-silicon composite | |
CN110607462B (zh) | 具有均匀显微组织和较高力学性能的ZZnAl4Y锌合金制备方法 | |
US4605436A (en) | Method of producing titanium alloys | |
US4585474A (en) | Method of and prealloy for the production of titanium alloys | |
CN109280786B (zh) | 一种铝钨中间合金及其生产方法 | |
CN107058774A (zh) | 一种用于a356.2铝合金的高效变质剂及制备方法 | |
US4582533A (en) | Method of and prealloy for the production of titanium alloys | |
JPH0681068A (ja) | 耐熱Mg合金の鋳造方法 | |
AU652950C (en) | Cast composite materials | |
JPH11170027A (ja) | 金属−セラミックス複合材料用インゴット及びその製造方法 | |
JP4167317B2 (ja) | 鋳造用金属−セラミックス複合材料の製造方法 | |
US11788172B1 (en) | Preparation method of magnesium matrix composite reinforced with silicon carbide particles | |
WO2007094300A1 (ja) | 半融合金鋳造用原料アルミニウム青銅合金 | |
US3997340A (en) | Method of preparing an aluminum-silicon composite | |
JP2000087156A (ja) | 鋳造用金属−セラミックス複合材料及びその製造方法 | |
JPH1129833A (ja) | アルミニウム合金複合材料及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |