專利名稱：生產(chǎn)鑄錠的方法和鑄錠的制作方法
生產(chǎn)^f定的方法和lff定本發(fā)明涉及由金屬合金生產(chǎn)鑄錠的方法，其中首先形成熔融體，熔融體中 的基體材料以及一種或多種合金成分均以液態(tài)存在，由其成型為鑄錠。鋁或者鋁合金通常被澆鑄成兩件或三##件形式的半成品，以備深加工。為了生產(chǎn)^^定，由相應(yīng)的金屬合誠(chéng)lj鵬融體，然后將其澆鑄成鑄錠柳。為了改善由這種鑄錠所生產(chǎn)出的鑄件的質(zhì)量，還己知(DE 10002670A1) 的是，首先在熔爐中熔化鑄錠，然后將熔融體放入處理腔內(nèi)，在處理腔內(nèi)設(shè)有 旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)，通過這種方法處理過的熔融體再進(jìn)行澆鑄。這種方法導(dǎo)致鑄件 質(zhì)量得到明顯的提高。本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種生產(chǎn)鑄錠的方法，使得鑄錠在深加工時(shí)形成具有更好性能的鑄件，而不必對(duì)當(dāng)今的澆鑄iait行改變。該任務(wù)的解決方案是，在鑄錠成型之前在熔融體的冷卻過程中借助于可變 的物理場(chǎng)向熔融MH入瞬時(shí)能量，以提高混合晶體的形成率。通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了首先形成混合晶體單位晶胞 (Mschkristall-ElementaiTell)，其中基體材料的原子被一禾中或多種添加成分的原 子所取代。從而實(shí)現(xiàn)有意識(shí)地形成富集的混合晶體，其中飽和極限和濃度々， 區(qū)間的寬度可以借助于外加的可變的物理場(chǎng)來(lái)調(diào)節(jié)，因而形成了被外來(lái)原子過 飽和的混合晶體。飽和極限以勤卜來(lái)原子在基體材料的空間晶格內(nèi)的更好的擴(kuò) 散程度是與溫度無(wú)關(guān)的。通皿一步冷卻，由這種混合晶體形成極細(xì)的顆粒狀 結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的改進(jìn)中設(shè)想，在這種金屬合金液相線左右的溫度供給能量。 能量供給的時(shí)間是由實(shí)驗(yàn)確定的。時(shí)間取決于特定的金屬合金以及用其進(jìn) 行能量供給的措施。為了確定能量輸入的時(shí)間間隔，依據(jù)第一種實(shí)施方案，通 過測(cè)量在處理腔內(nèi)存在的熔融體的動(dòng)力學(xué)粘度來(lái)確定混合晶體的形成。本發(fā)明 的出發(fā)點(diǎn)在于，當(dāng)被處理的熔融1tt冷卻過程中達(dá)到了一種特殊的稀液狀態(tài)， 并且該狀態(tài)幾乎保持恒定、不再有根本性變化時(shí)，就出現(xiàn)了混合晶體形成的最 佳狀態(tài)。在本發(fā)明的另一種改進(jìn)中設(shè)想，借助于測(cè)量從處置室內(nèi)取出的試樣的 液相線溫度來(lái)確定混合晶體形成程度。在這種情況下，本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)在于，由于結(jié)晶放熱的原因，實(shí)際的液相線溫度正好處于冷卻曲線的拐點(diǎn)上。經(jīng)過成 功地處理后，該實(shí)際的液相線溫度低于根據(jù)該金屬合金相圖得出的液相線。在本發(fā)明的另一禾中艦中設(shè)想，借助于可變的，iM脈沖的電磁場(chǎng)來(lái)在完 成瞬時(shí)能量輸入。出人意料的是，用這種方式生產(chǎn)出的辦定在再^m和在澆鑄機(jī)中加工時(shí)， 經(jīng)過電磁場(chǎng)處理后所獲得的高流動(dòng)性還具有記憶效果。這種方法處理過的鑄錠 與按照傳統(tǒng)方法生產(chǎn)出的鑄錠相比，它具有提高的流動(dòng)性能，因此可以生產(chǎn)出 ^R較為復(fù)雜并且密度更大的鑄件來(lái)。以此方式生產(chǎn)出的鑄件具有更高的強(qiáng)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須經(jīng)過鍛 造的構(gòu)件。與在DE 10002670 Al中公開的方法相比，本發(fā)明最重要的優(yōu)點(diǎn)是不必在 每臺(tái)澆鑄機(jī)前都設(shè)置對(duì)應(yīng)的處理腔。可以使用同樣的用于常規(guī)加工鑄錠的澆鑄 機(jī)，并不必對(duì)所述機(jī)器進(jìn)行改變。澆鑄溫度也可以降低，甚至降到相關(guān)合金的 液相線溫度以下?？梢赃M(jìn)行澆鑄的溫度范圍得以擴(kuò)大，因此，由于不利的澆鑄 、M所導(dǎo)致的形成廢品的危險(xiǎn)明顯減少。由下面對(duì)適用于根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)本發(fā)明鑄錠的設(shè)備的描述可看出本發(fā)明的 其它特征和優(yōu)點(diǎn)。在具有澆鑄口 1、熔融體導(dǎo)槽2和電加熱器3的熔爐中，金屬或金屬合金的 組分被加熱至所有的組分熔化并形成熔融體4。熔融體4 1±真料口 19加入到處理腔內(nèi)。該處理腔由基本圓柱形的外殼件 18、半球形的下面部件10以及大致為半球形的上面部件7構(gòu)成。處理月翻咧有 加熱螺旋管皿的優(yōu)選電的加熱器6， ffiil該加熱器的加熱將處理腔的溫度升高 到一定的溫度區(qū)間，例如加熱到大致某特定金屬合金的液相線以下的溫度，例 如加熱到金屬合金的大致低共熔溫度。另外，在處理腔設(shè)置了裝置5，例如通過 旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)來(lái)加入能量。這種電磁場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)例如在6至20mT之間，并以大 約60Hz至500Hz的頻率旋轉(zhuǎn)。由此產(chǎn)生數(shù)量級(jí)為150X 104N/m2的流體動(dòng)力學(xué) 壓力。在受到了各向同性磁性壓力與磁性張力共同作用(其最佳的范圍為15至 80mT)的時(shí)候，在熔融體內(nèi)產(chǎn)生了流體彈性的異常(Annomalie)效應(yīng)，該效 應(yīng)是因金屬熔融體的高流動(dòng)性而引起的。熔融體具有最低的動(dòng)力學(xué)粘度。經(jīng)測(cè) 量在熔融St58(TC時(shí)的動(dòng)力學(xué)粘度為0.74mPa/s。另外， 還觀察到如下的被處理熔融體的熱動(dòng)力異常，這是通過其在液相線溫度與固相線溫度之間的范圍內(nèi) 的收縮達(dá)到最小值來(lái)確定的。多種合金成分的最佳溶解性也處于固相線溫度。 由于液相線、皿降低和固相線溫度同時(shí)升高，兩相共存的區(qū)域不斷減少，因此 其相交線變得更短。當(dāng)達(dá)到希望實(shí)現(xiàn)的狀態(tài)后，即可借助處理腔的取出機(jī)械手12將熔融體11取出，并填充到在鑄f軀輸軌道13上傳輸?shù)蔫T錠模具14中。在 排空設(shè)備15處辦定模具14被倒空，接著空的鑄錠模具17可以再傳送到取出機(jī) 械手12處。將瞬時(shí)會(huì)疆輸入到位于冷卻過程中的熔融體中會(huì)提高混合晶體的形成率， 混合晶體情況下基體材料中單位晶胞的原子被一種或多種、添加成分的原子所取 代。當(dāng)混合晶體的形成過程已經(jīng)達(dá)到了最佳狀態(tài)，并且繼續(xù)輸入能量不再明顯 提高混合晶體的形成率時(shí)，可以終止能量的輸入。所述表征熔融體新的能量狀 態(tài)的最佳值將在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中加以論述。高流動(dòng)性或低粘度作為提高混合晶體形成率的一個(gè)指標(biāo)，將通過粘度計(jì)8 而在處理腔內(nèi)實(shí)時(shí)測(cè)量，因此可以隨時(shí)知道熔融體11是否已經(jīng)達(dá)到了理想狀態(tài)。 通過外部能量的作用，可以改變液晶的基體晶體的能量狀況。它的空間晶格已 經(jīng)開始趨向紊亂(aufbckem)，因此，原子間的重新排列過程就變得相對(duì)容易。 能量與結(jié)合力是兩個(gè)決定性因素，所述結(jié)合力是指金屬合金的每個(gè)組分和結(jié)構(gòu) 單元的原子之間的作用力。粘度是這些特性之一。原子的復(fù)合體的組成與重組 會(huì)釋放原來(lái)封閉在復(fù)合內(nèi)部的強(qiáng)結(jié)合力。這些結(jié)合力參與粘性流動(dòng)以及結(jié)構(gòu)單 元的錯(cuò)位。因此，粘度的降低是由于原子的復(fù)合體，所述復(fù)合體的內(nèi)部結(jié)合力 減弱，并且外部結(jié)合力增強(qiáng)。這樣就構(gòu)成了在技術(shù)上和物理上的必要條件，即 在液晶系統(tǒng)內(nèi)形成了具有一致取向的聚集區(qū)域。這種新的結(jié)構(gòu)和其能量上的穩(wěn) 定性M31可變電磁場(chǎng)而得到加強(qiáng)。結(jié)果是降低的粘度，這反映了熔融體的空間 晶格或者微觀結(jié)構(gòu)單元的能量狀態(tài)。流動(dòng)性例如可以il31im見器16顯示。當(dāng)流 動(dòng)性不再顯著提高時(shí)，就達(dá)到了最大的流動(dòng)性，也就是說，在監(jiān)控器16上所顯 示的由流動(dòng)性cp與時(shí)間f作出的曲線達(dá)到接近水平線時(shí)。備選地或者可能是附加性地，設(shè)想將熔融體11的試樣從處理腔內(nèi)取出并進(jìn) 行分析?？梢詅flil如在另夕卜個(gè)監(jiān)視器9上的分析結(jié)^^明液相線^Jtl是如 何變化的，以及特殊金屬合金的液相線與固相線溫度線Ts的接近程度。 視 器9可以顯示出溫度T隨時(shí)間t變化的曲線。在合金的冷卻過程中，液晶系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的過飽和混合晶體的形成過程已經(jīng)完成，因此能夠提供出真實(shí)的狀態(tài)圖。 通過該真實(shí)的熱力學(xué)上的描述，了解了大量的金屬特性，例如，濃度數(shù)據(jù)、液 相線與固相線的位置，飽和極限(溶解性)等，這樣就可以對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方 法制造出的合金確定出合適的技術(shù)上的澆鑄溫度。令人感到意外的是，如果對(duì)根據(jù)，方法生產(chǎn)出的鑄isa行深加工，則具 有很大的優(yōu)越性。由于該處理而獲得的流動(dòng)性增高是不可逆轉(zhuǎn)的，因?yàn)榛旌暇?體是穩(wěn)定的。由熔化的鑄錠所制得的熔融 深加工時(shí)具有更好的流動(dòng)性，并且不易于氧化。在鑄錠的熔化過程中在熔化池表面(Badoberf^che)產(chǎn)生更少 的浮渣。對(duì)于基體材料為鋁并且主要合金成分為硅的金屬合金而言，可能ii到這樣 的效果在澆鑄溫度為637。C時(shí)，就可以成功地澆鑄出柱形蓋，這要比以前對(duì)于 該機(jī)器和合金所規(guī)定的澆鑄溫度降低了大約IO(TC。盡管斷氐了澆鑄^M，但并 沒有質(zhì)量上的降低，因?yàn)槠涫湛s孔、氣孔率沒有變化，也不存在粗糙的結(jié)構(gòu)形 成。本發(fā)明的出發(fā)點(diǎn)在于，S31外部的能量作用，也就是說，fflil外部電磁場(chǎng) 與晶體的內(nèi)電磁場(chǎng)之間的相互作用，增強(qiáng)了擴(kuò)散過程，并影響到原子間的結(jié)合 力。該相互作用的結(jié)果是形成了一種合金，它的晶體在熔化狀態(tài)時(shí)具有 weitreichende排列或Femordnung。這種相互作用也可以通過加入合金成分來(lái)得 到控制，所述合金成分與基體材料的區(qū)另贓于導(dǎo)磁率。本發(fā)明尤其適用于其中基體材料為鋁并且主要添加成分為硅的金屬合金。 不過，原則上，本發(fā)明可以應(yīng)用于所有的金屬合金，與成分的導(dǎo)磁率無(wú)關(guān)。在 該實(shí)施方案中，外部的能量作用是借助于可變的脈沖電磁場(chǎng)來(lái)完成的。但是通 過外加變化的物理場(chǎng)如通過超聲波的作用來(lái)完成外部的能量作用毫無(wú)疑問是可 行的。所述場(chǎng)這樣進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得同樣獲得為前面解釋過的電磁場(chǎng)給出的條件。本發(fā)明的鑄錠適合所有的澆鑄方法。在冷鑄鑄造時(shí)，高流動(dòng)性是特別的優(yōu) 點(diǎn)，而在壓力鑄造時(shí)，突出的成型性是特別的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)信，在鑄錠的熔化過程 中，M擴(kuò)散預(yù)處理獲得的空間晶格內(nèi)新的原子排列即使在鑄錠的熔化過程中 也保持不變，合金成分的原子不會(huì)放棄它在鋁空間晶格中的位置。由上述得知，根據(jù)本發(fā)明，鑄錠并不僅僅是指商業(yè)上通常的鑄錠型式。它 還可以指加工過的熔融條再次熔化進(jìn)行澆鑄之前被澆鑄成的所有型式。
權(quán)利要求
1.由金屬合金生產(chǎn)鑄錠的方法，其中，首先形成熔融體，在該熔融體中基體材料以及一種或多種合金成分以液態(tài)存在，由該熔融體成型為鑄錠，其特征在于，在鑄錠成型之前的冷卻過程中，借助于可變的物理場(chǎng)，向熔融體中輸送瞬間能量，以提高混合晶體的形成率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，能量的輸送是大約在這種金 屬合金的液相線的溫度完成的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，混合晶體的形成是通過 測(cè)量位于處理腔內(nèi)的熔融體的動(dòng)力學(xué)粘度來(lái)確定的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3之一的方法，其特征在于，混合晶體的形成是 ffiil測(cè)量由處理腔內(nèi)取出的試樣的液相線溫度來(lái)確定的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一的方法，其特征在于，瞬間能量輸入是借 助于可變的， 脈沖的電磁場(chǎng)來(lái)完成的。
6. 由金屬合金制成的鑄錠，其是由基體材料和一種或多種合金成分組 成的熔融體成型而成的鑄件，其特征在于，所述鑄錠由熔融體成型而成，在其 y賴嗍間借助于可變的物理場(chǎng)進(jìn)行瞬間能量輸入，以提高晶體的形成率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)鑄錠的方法，所述鑄錠由金屬合金構(gòu)成，該金屬合金由熔融體成型而成，在冷卻過程中，借助可變的物理場(chǎng)，將瞬時(shí)能量輸入熔融體中，以提高混合晶體的形成率。
文檔編號(hào)B22D1/00GK101232962SQ200680015013
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月4日
發(fā)明者伊夫曾尼·斯特寧, 雨果·伯杰 申請(qǐng)人:伊夫曾尼·斯特寧;雨果·伯杰