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生产铸锭的方法和铸锭.pdf

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生产 铸锭 方法
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摘要
申请专利号:

CN200680015013.X

申请日:

2006.04.26

公开号:

CN101232962A

公开日:

2008.07.30

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):B22D 1/00申请日:20060426授权公告日:20120104终止日期:20140426|||授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: B22D1/00; B22D3/00; B22D46/00 主分类号: B22D1/00
申请人: 伊夫曾尼·?#22266;?#23425;; 雨果·伯杰
发明人: 伊夫曾尼·?#22266;?#23425;; 雨果·伯杰
地址: 德国埃斯林根
优?#28909;ǎ?/td> 2005.5.4 DE 102005021891.1
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 温宏艳;林 森
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法律状态
申请(专利)号:

CN200680015013.X

授权公告号:

|||101232962B||||||

法律状态公告日:

2015.06.17|||2012.01.04|||2008.09.24|||2008.07.30

法律状态类型:

专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种生产铸锭的方法,所述铸锭由金属合金构成,该金属合金由熔融体成型而成,在冷却过程中,借助可变的物理场,将瞬时能量输入熔融体中,以提高混合晶体的形成率。

权利要求书

权利要求书
1.  由金属合金生产铸锭的方法,其中,首先形成熔融体,在该熔融体中基体材料以及一种或多种合金成分以液态存在,由该熔融体成型为铸锭,其特征在于,在铸锭成型之前的冷却过程中,借助于可变的物理场,向熔融体中输送瞬间能量,以提高混合晶体的形成率。

2.  根据权利要求1的方法,其特征在于,能量的输送是大约在这种金属合金的?#21512;?#32447;的温度完成的。

3.  根据权利要求1或2的方法,其特征在于,混合晶体的形成是通过测量位于处理腔内的熔融体的动力学粘度来确定的。

4.  根据权利要求1至3之一的方法,其特征在于,混合晶体的形成是通过测量由处理腔内取出的试样的?#21512;?#32447;温度来确定的。

5.  根据权利要求1至4之一的方法,其特征在于,瞬间能量输入是借助于可变的,优选脉冲的电磁场来完成的。

6.  由金属合金制成的铸锭,其是由基体材料和一种或多种合金成分组成的熔融体成型而成的铸件,其特征在于,所述铸锭由熔融体成型而成,在其冷却期间借助于可变的物理场进行瞬间能量输入,以提高晶体的形成率。

说明书

说明书生产铸锭的方法和铸锭
本发明涉及由金属合金生产铸锭的方法,其中首先形成熔融体,熔融体中的基体材料以及一种或多种合金成分均以液态存在,由其成型为铸锭。
铝或者铝合金通常被浇铸成两件或三件铸件形式的半成品,以备深加工。为了生产铸锭,由相应的金属合金制成熔融体,然后将其浇铸成铸锭形状。
为了改善由这种铸锭所生产出的铸件的质量,还已知(DE 10002670A1)的是,首先在熔炉中熔化铸锭,然后将熔融体放入处理腔内,在处理腔内设有旋转的电磁场,通过这种方法处理过的熔融体再进行浇铸。这种方法导致铸件质量得到明显的提高。
本发明的任务在于提供一种生产铸锭的方法,使得铸锭在深加工时形成具有更好性能的铸件,而不必对当今的浇铸机进行改变。
该任务的解决方案是,在铸锭成型之前在熔融体的冷却过程中借助于可变的物理场向熔融体输入瞬时能量,以提高混合晶体的形成率。
通过本发明实?#33267;?#39318;先形成混合晶体单位晶胞(Mischkristall-Elementarzell),其中基体材料的原子被一种或多种添加成分的原子所取代。从而实现有意识地形成富集的混合晶体,其中饱和极限和浓度-温度区间的宽度可以借助于外加的可变的物理场来调节,因而形成了被外来原子过饱和的混合晶体。饱和极限以及外来原子在基体材料的空间晶格内的更好的扩散程度是与温度无关的。通过进一步冷却,由这种混合晶体形成极细的颗粒状结构。
在本发明的改进中设想,在这种金属合金?#21512;?#32447;左右的温度供给能量。
能量供给的时间是由实验确定的。时间取决于特定的金属合金以及用其进行能量供给的措施。为了确定能量输入的时间间隔,依据第一种实施方案,通过测量在处理腔内存在的熔融体的动力学粘度来确定混合晶体的形成。本发明的出发点在于,当被处理的熔融体在冷却过程中达到了一种特殊的稀液状态,并且该状态几乎保持恒定、不再有根本性变化时,就出?#33267;?#28151;合晶体形成的最佳状态。在本发明的另一种改进中设想,借助于测量从处置室内取出的试样的?#21512;?#32447;温度来确定混合晶体形成程度。在这种情况下,本发明的出发点在于,由于结晶放热的原因,实际的?#21512;?#32447;温度正好处于冷却曲线的拐点上。经过成功地处理后,该实际的?#21512;?#32447;温度低于根据该金属合金相图得出的?#21512;?#32447;。
在本发明的另一种改进中设想,借助于可变的,优选脉冲的电磁场来在完成瞬时能量输入。
出人意料的是,用这种方式生产出的铸锭在再次熔化和在浇铸机中加工时,经过电磁场处理后所获得的高流动性还具有?#19988;?#25928;果。这种方法处理过的铸锭与按照传统方法生产出的铸锭相比,它具有提高的流动性能,因此可以生产出形状较为复杂并且密度更大的铸件来。以此方式生产出的铸件具有更高的强度,其伸展性和耐磨性也得到了改善。因此,可以部分地取代那些目前必须经过锻造的构件。
与在DE 10002670 A1中公开的方法相比,本发明最重要的优点是:不必在每台浇铸机前都设置对应的处理腔。可以使用同样的用于常规加工铸锭的浇铸机,并不必对所述机器进行改变。浇铸温度也可以?#26723;停?#29978;至?#26723;?#30456;关合金的?#21512;?#32447;温度以下。可以进行浇铸的温度范围得以扩大,因此,由于不利的浇铸温度所导致的形成废品的危险明?#32422;?#23569;。
由下面对适用于根据本发明生产本发明铸锭的设备的描述可看出本发明的其它特征和优点。
在具有浇铸口1、熔融体导槽2和电加热器3的熔炉中,金属或金属合金的组分被加热至所有的组分熔化并形成熔融体4。
熔融体4通过填料口19加入到处理腔内。该处理腔由基本圆柱形的外壳件18、半球形的下面部件10以及大致为半球形的上面部件7构成。处理腔排列有加热螺旋管形状的优选电的加热器6,通过该加热器的加热将处理腔的温度升高到一定的温度区间,例如加热到大致?#31243;?#23450;金属合金的?#21512;?#32447;以下的温度,例如加热到金属合金的大致低共熔温度。另外,在处理腔设置了装置5,例如通过旋转的电磁场来加入能量。这种电磁场的场强例如在6至20mT之间,并以大约60Hz至500Hz的频率旋转。由此产生数量级为150×10-4N/m2的流体动力学压力。在受到了各向同?#28304;?#24615;压力与磁性张力共同作用(其最佳的范围为15至80mT)的时候,在熔融体内产生了流体弹性的异常(Annomalie)效应,该效应是因金属熔融体的高流动性而引起的。熔融体具有最低的动力学粘度。经测量在熔融温度580℃时的动力学粘度为0.74mPa/s。另外,?#26500;?#23519;到如下的被处理熔融体的热动力异常,这是通过其在?#21512;?#32447;温度与固相线温度之间的范围内的收缩达到最小值来确定的。多种合金成分的最佳溶解性也处于固相线温度。由于?#21512;?#32447;温度?#26723;?#21644;固相线温度同时升高,两相共存的区域不断减少,因此其相交线变得更短。当达到希望实现的状态后,即可借助处理腔的取出机械手12将熔融体11取出,并填充到在铸锭运输轨道13上传输的铸锭模具14中。在排空设备15处铸锭模具14被倒空,接着空的铸锭模具17可以再传送到取出机械手12处。
将瞬时能量输入到位于冷却过程中的熔融体中会提高混合晶体的形成率,混合晶体情况下基体材料中单位晶胞的原子被一种或多种添加成分的原子所取代。当混合晶体的形成过程已经达到了最佳状态,并且继续输入能量不再明显提高混合晶体的形成率时,可以终止能量的输入。所述表征熔融体新的能量状态的最佳值将在本发明的一个实施方式中加以论述。
高流动性或低粘度作为提高混合晶体形成率的一个指标,将通过粘度计8而在处理腔内实时测量,因此可以随时知道熔融体11是否已经达到了理想状态。通过外部能量的作用,可以改变液晶的基体晶体的能量状况。它的空间晶格已经开?#35760;?#21521;紊乱(auflockem),因此,原子间的重新排列过程就变得相对容易。能量与结合力是两个决定性因素,所述结合力是指金属合金的每个组分和结构单元的原子之间的作用力。粘度是这些特性之一。原子的复合体的组成与重组会释放原来封闭在复合内部的强结合力。这些结合力参与粘性流动以及结构单元的错位。因此,粘度的?#26723;?#26159;由于原子的复合体,所述复合体的内部结合力减弱,并且外部结合力增强。这样就构成了在?#38469;?#19978;和物理上的必要条件,即在液晶?#20302;?#20869;形成?#21496;?#26377;一致取向的聚集区域。这种新的结构和其能?#21487;?#30340;稳定性通过可变电磁场而得到加强。结果是?#26723;?#30340;粘度,这?#20174;?#20102;熔融体的空间晶格或者微观结构单元的能量状态。流动性例如可以通过监视器16显示。当流动性不再显著提高时,就达到了最大的流动性,也就是说,在监控器16上所显示的由流动性与时间t作出的曲线达到接近水平线时。
备选地或者可能是附?#26377;?#22320;,设想将熔融体11的试样从处理腔内取出并进行分析。可以通过如在另外一个监视器9上的分析结果表明?#21512;?#32447;温度TL是如何变化的,以及特殊金属合金的?#21512;?#32447;与固相线温度线Ts的接近程度。在监视器9可以显示出温度T随时间t变化的曲线。在合金的冷却过程中,液晶?#20302;?#20869;进行的过饱和混合晶体的形成过程已经完成,因此能够提供出真实的状态图。通过该真实的热力学上的描述,?#31169;?#20102;大量的金属特性,例如,浓度数据、?#21512;?#32447;与固相线的位置,饱和极限(溶解性)等,这样就可以对根据本发明的方法制造出的合金确定出合适的?#38469;?#19978;的浇铸温度。
令人?#26800;?#24847;外的是,如果对根据上述方法生产出的铸锭进行深加工,则具有很大的优越性。由于该处理而获得的流动性增高是不可逆转的,因为混合晶体是稳定的。由熔化的铸锭所制得的熔融体在深加工?#26412;?#26377;更好的流动性,并?#20063;?#26131;于氧化。在铸锭的熔化过程中在熔化池表面(Badoberflche)产生更少的浮渣。
对于基体材料为铝并且主要合金成分为硅的金属合金而言,可能达到这样的效果:在浇铸温度为637℃时,就可以成功地浇铸出柱形盖,这要比以前对于该机器和合金所规定的浇铸温度?#26723;?#20102;大约100℃。尽管?#26723;土私?#38136;温度,但并没有质?#21487;?#30340;?#26723;停?#22240;为其收缩孔、气孔率没有变化,也不存在粗糙的结构形成。
本发明的出发点在于,通过外部的能量作用,也就是说,通过外部电磁场与晶体的内电磁场之间的相互作用,增强了扩散过程,并影响到原子间的结合力。该相互作用的结果是形成了一种合金,它的晶体在熔化状态?#26412;?#26377;weitreichende排列或Femordnung。这种相互作用也可以通过加入合金成分来得到控制,所述合金成分与基体材料的区别在于?#21363;?#29575;。
本发明尤其适用于其中基体材料为铝并且主要添加成分为硅的金属合金。不过,原则上,本发明可以应用于所有的金属合金,与成分的?#21363;?#29575;无关。在该实施方案中,外部的能量作用是借助于可变的脉冲电磁场来完成的。但是通过外加变化的物理场如通过超声波的作用来完成外部的能量作用毫无疑问是可行的。所述场这样进行设计,使得同样获得为前面解释过的电磁场给出的条件。
本发明的铸锭适合所有的浇铸方法。在冷铸铸造时,高流动性是特别的优点,而在压力铸造时,突出的成型性是特别的优点。据信,在铸锭的熔化过程中,通过扩散预处理获得的空间晶格内新的原?#20248;?#21015;即使在铸锭的熔化过程中也保持不变,合金成分的原子不会放弃它在?#37327;?#38388;晶格中的位置。
由上述得知,根据本发明,铸锭并不仅仅是指商业上通常的铸锭型式。它还可以指加工过的熔融体在再次熔化进行浇铸之前被浇铸成的所有型式。

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