[發明專利]近液相線注射模制方法

無效

• 申請號: 200580038315.4
• 申請日: 2005-11-09
• 公開（公告）號: CN101056728A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 弗蘭克·切爾文斯基
• 申請（專利權）人: 赫斯基注射器成型系統有限公司
• 主分類號: B22D17/00
• 分類號: B22D17/00;B22D25/00
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王允方;劉國偉

技術領域

本發明涉及一種用于制造近終形(near?net-shape)金屬物品的注射模制方法，且特定來說，涉及由金屬合金、尤其是輕金屬制成的薄壁金屬物品。

背景技術

在常規的鑄造法中，將金屬過加熱到高于其液相線溫度(即，液相線為在超過該溫度下合金完全為液體的溫度)。需要極小的過熱以確保金屬不會過早地固化，尤其是當模制薄壁模制物品時。伴隨著易于氧化的過熱金屬的是，難以進行提供并維持惰性氣氛的過程控制。

因為經常存在收縮孔隙和殘存氣體，所以由過熱熔化物鑄造的物品通常不堅固。此外，其例如抗張強度、屈服應力和伸長率的機械性質會受損，且這是因為特征為粗晶粒與樹枝狀組織的微觀結構。

人們已認識到這些問題，并且已進行了廣泛的工作來尋找處理金屬合金的其它方法以改進鑄造物品的機械性質。特別是，通過使用眾所周知的半固體金屬處理技術，可因產生有利的合金微觀結構和減小合金孔隙率而制造具有較高機械性質的模制物品。此外，半固體處理技術提供了進一步的優點，其在于合金漿料的相對較低的溫度提供了比壓鑄法更長的模具使用壽命(例如，較低的熱沖擊、和由處理充分熔融的金屬所引起的減少的液體-金屬腐蝕量)和改進的模制物品模制精確度。常見的半固體處理技術包括半固體注射模制、流變鑄造和觸變成形。

半固體注射模制(SSIM)是一種金屬處理技術，其利用單一機器來將處于半固體狀態的合金注入模具中以形成近終形的(最終)形狀的物品。SSIM包括以下步驟：通過將合金材料受控加熱到處于液相線與固相線(即，固相線為在低于該溫度下合金完全為固體的溫度)之間的溫度來部分熔融所述合金材料，且隨后將漿料注入注射模具的模制空腔中。SSIM避免在模制合金的微觀結構中形成一般認為對模制物品的機械性質有害的樹枝狀組織特征。參考下文所提供的對本發明優選實施例的描述且參考第6,494,703號美國專利(其揭示內容以引用方式并入本文中)，更詳細描述SSIM的結構與步驟。

相比之下，流變鑄造指通過鑄造或鍛造具有預定粘度的半固體金屬漿料來制造鋼坯或模制物品的方法。在常規的流變鑄造中，將熔融合金從過熱狀態冷卻，且在低于液相線的溫度下攪拌，以使樹枝狀組織結構轉換成適合流變鑄造的球形粒子，例如通過機械攪拌、電磁攪拌、氣體鼓泡、低頻、高頻或電磁波振蕩、電沖擊攪動等。

觸變鑄造是指包括對經流變鑄造制造的鋼坯進行再加熱以使其重新成為金屬漿料且對其進行鑄造或鍛造以制造最終模制物品的方法。

舉例來說，第5,901,778號美國專利描述了一種用于制造固體含量處于1％與50％之間的半固體金屬合金漿料的經改進的流變鑄造方法和擠壓機設備，其特征為將熔融金屬合金材料引入一加熱到比所述熔融金屬材料的液相線溫度高約攝氏100度的攪動腔室中的結構和步驟，其中通過經冷卻的螺旋狀攪拌棒(具有低于半固體的溫度的溫度)冷卻且攪拌所述合金，從而制造半固體漿料。

第2004/0173337號美國專利申請案描述了一種用于制造固體含量為約10％至約65％的無樹枝狀組織的半固體金屬合金漿料的改進的流變鑄造方法和設備，其特征為減少或消除與來自接觸漿料的設備表面的金屬的聚積和去除相關聯的問題的結構和步驟。

第2004/0055726號美國專利申請案描述了一種用于壓模模制物品的流變鑄造方法和設備，其特征為用于實現以下目的的結構和步驟：施加電磁場以在將熔融金屬裝載入射料套管的漿料成形部分中時攪拌所述熔融金屬，借此攪拌漿料直到冷卻到其液相線溫度以下，然后將其轉移到射料管套的鑄造部分。優選地，維持攪拌直到漿料達到在0.1％至40％范圍內的固體分率，或者攪拌漿料直到固體分率在10％至70％的范圍內。相關的第2004/0055727號、第2004/0055734號與第2004/0055735號美國專利申請案分別描述制造用于觸變鑄造的鋼坯、制造用于流變鑄造或觸變成形的金屬材料和制造半固體金屬漿料的類似結構和步驟。

第6,311,759號美國專利描述一種用于制造原料鋼坯材料的方法，其特征為其是由大體上在液相線溫度下的熔化物制造的，借此使得原料的微觀結構尤其適合于在60％至80％原固體的半固體范圍內進行后續觸變鑄造。此專利的意義在于，其認識到從在近液相線溫度下鑄造的金屬合金將形成有利的晶粒結構，所述結構的特征為等軸且球狀的初生晶粒而無樹枝狀組織。