[發明專利]用于不含涂層的低壓永久模的方法和合金

有效

• 申請號: 201810257639.6
• 申請日: 2018-03-27
• 公開（公告）號: CN108655365B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 雷蒙德·J·多納休;亞歷山大·K·門羅;凱文·R·安德森;特倫斯·M·克利
• 申請（專利權）人: 布倫斯威克公司
• 主分類號: B22D18/04
• 分類號: B22D18/04;C22C21/02;C22C21/14;C22C21/16;C22C21/18
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立;陳娟

公開用于不含涂層的低壓永久模鑄造的方法和合金。所述方法包括：制備永久模鑄造模具，所述模具沿模具表面不含模具涂層或潤滑；制備永久模鑄造合金；在低壓下將所述合金推壓到所述模具中；冷卻永久模鑄件并且從所述模具中移出所述鑄件。一種合金具有4.5?11.5重量％硅；最多0.45重量％鐵；0.20?0.40重量％錳；0.045?0.110重量％鍶；0.05?5.0重量％銅；0.01?0.70重量％鎂；并且其余部分為鋁。另一種合金具有4.2?5.0重量％銅；0.005?0.45重量％鐵；0.20?0.50重量％錳；0.15?0.35重量％鎂；0.045?0.110重量％鍶；最多0.50重量％鎳；最多0.10重量％硅；0.15?0.30重量％鈦；最多0.05重量％錫；最多0.10重量％鋅；并且其余部分為鋁。

技術領域

本申請屬于冶金領域，并且更確切地說，涉及使用永久模鑄造工藝來鑄造金屬物體。

背景技術

一般來說，鋁鑄件通過超過數種的鑄造工藝來制造，其取決于經濟考慮因素、質量要求和技術考慮因素。盡管存在多種專用鑄造工藝，包括熔模鑄造(也被稱為失蠟法)、消失模鑄造(lost foam casting)、離心鑄造、石膏模鑄造、陶瓷模鑄造、擠壓鑄造、半固體鑄造和其變化的slurry-on-demand鑄造，三種主要鑄造工藝為砂型鑄造、永久模鑄造和高壓壓鑄。

砂型鑄造使用隔熱的砂型模具，使得冷卻速率相對較為緩慢。由于微觀結構特征的大小和機械特性之間存在反比關系，因此期望使微觀結構特征，如粒徑或鋁枝晶臂間距相對較大來降低機械特性。由于這些特征和特性，鑄件的質量被認為相對較低。在砂型鑄造中可制造出數量在僅一個到數千個范圍內的極小和極大，乃至數噸重的鑄件。在大量生產的情況下，砂型鑄造的成本最高，因為每次鑄造都必須復制砂型模具。在低量生產的情況下，砂型鑄造的每個部件的加工成本要比永久模鑄造或高壓壓鑄的加工成本低。

永久模鑄造(無論重力或低壓)使用含涂層的金屬模或模具，以在鋼模具和熔融鋁合金之間提供屏障來控制和限制由熔融金屬排出的熱量。由于涂層的可變厚度，所述涂層通常會引起經涂布的模具中的鑄件發生非化學粘著，需要在將鑄件從模具取出時進行人為干預或監測。因此，不同于高壓壓鑄，低壓永久模工藝并非全自動的。在一些情況下，模具中的水管線用于控制和增加排熱。可在給定溫度和給定流動速率下提供水，或者可用油取代水。因此，當與砂型鑄造的緩慢冷卻速率相比時，永久模冷卻速率明顯要更高，產生具有較小粒徑、較小鋁枝晶臂間距和較高機械特性的優質鑄件。在永久模鑄造中，可產生數量為1,000到100,000個的高達100kg的中等大小的鑄件。因此，每磅基礎上的成本要低于砂型鑄造，因為永久模制加工盡管成本高，但可用于制造出100,000個鑄件或更多。用涂層涂布鋼模以防止鑄造工藝期間發生熔融合金焊接模具。模具上的涂層會在鑄件上產生復制粗糙的不合需要的涂層的表面形態的鍍層(surface finish)。這一粗糙鍍層通常需要進行二級操作以獲得更平滑的鍍層。在低壓永久模鑄造中，在3-15psi范圍內將熔融合金推壓到模中。

永久模鑄造(無論重力或低壓)產生具有最高機械性的部件，因為其為準許進行低成本的充分T6熱處理的唯一鑄造工藝。這一溶液熱處理會產生均質化微觀結構，同時避免起泡。在高壓壓鑄中，必須顯著縮短溶液熱處理時間并降低溶液熱處理溫度以避免由滯留的脫模劑或空氣導致“起泡”。在砂型鑄造中，相比之下，必須施加較長的溶液熱處理時間和溫度以均質化另外的粗糙微觀結構并在溶液熱處理和人工老化之后獲得最高機械特性。然而，永久模鑄造中的鍍層與砂型鑄造或壓鑄的表面平滑相悖，因為永久模鑄造中的模具上的涂層會復制涂層的粗糙表面形態。

高壓壓鑄使用未經涂布的模具并以高速將熔融金屬注入模具空腔中，同時在固化期間強化對熔融金屬的壓力。部分地歸因于擾流填充，但主要是由于抗模具焊接性所需的高鐵含量(約1％)，壓鑄件的質量和壓鑄件的機械特性要小于永久模鑄件和砂型鑄件兩者，即使粒徑為較小的并且鋁枝晶臂間距為較小的。高壓壓鑄件通常為最多約50kg的小鑄件。高壓壓鑄的加工成本昂貴并且預計會制造出在10,000到100,000個范圍內的大量鑄件。因此，高壓壓鑄件每磅的成本要小于永久模制件或砂型鑄件。