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1、10申请公布号CN101980809A43申请公布日20110223CN101980809ACN101980809A21申请号200880128328422申请日20081003200811170720080327RUB22D27/0020060171申请人先进合金有限公司地址瑞士日内瓦72发明人奥列格弗拉基米罗维奇阿尼西莫夫尤里瓦列里耶维奇什坦金74专利代理机构北京三幸商标专利事务所11216代理人刘激扬54发明名称通过从熔融物的选择点朝向铸件外围的定向固化的铸件制造方法57摘要本发明涉及铸造生产。根据本发明，用于通过从熔融物的选择点朝向铸件的外围的定向固化的铸件制造方法包括在具有热动态特性。
2、的模具中形成铸件，该热动态特性允许熔融物的均匀体积冷却生效直到完成自然固化处理。为了改进形成的铸件的结构的各向同性，所述冷却以不超过05/秒的速率生效。铸件在力的非均匀场中形成。力的非均匀场通过聚焦在熔融物体的选择点的超声波形成，以在其中形成局部提高的压力区域，并且将固化前部从所述区域指向铸件的外围。在模具中持续该力的非均匀场，直到随着熔融物冷却，冷却的铸件达到自然熔融物固化处理完成的温度。在熔融物灌入模具之前，其被过热到一定水平，与允许其中的熔融物以不超过05/秒的速率冷却的模具的热动态特性一起，将熔融物的液相持续足够的时间水平，用于在随着熔融物冷却而开始自然的熔融物固化处理之前，使得从熔融。
3、物的选择点到铸件的外围的定向熔融物固化生效。随后，当达到完成自然固化处理的温度时，移除力的非均匀场，并且铸件冷却可以以任何合理的速率继续。30优先权数据85PCT申请进入国家阶段日2010092786PCT申请的申请数据PCT/RU2008/0006332008100387PCT申请的公布数据WO2009/120107RU2009100151INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页CN101980814A1/1页21一种用于通过从熔融物的选择点朝向外围前进的熔融物的定向固化的铸件制造方法，包括使用模具在力的非均匀场中通过熔融物的均匀体积冷却来形。
4、成铸件，其中力的非均匀场通过聚焦在熔融物体的选择区域的超声波产生，并且在其中形成局部提高的压力区域，建立固化中心，并且固化前部是从所述区域指向铸件的外围。2根据权利要求1所述的方法，其中熔融物的均匀体积冷却以不超过05/秒的速率生效。3根据权利要求1所述的方法，其中选择灌入模具中的熔融物的过热的程度，以便将熔融物的液相持续足够时间，以便完成从选择点到铸件的外围的定向熔融物固化，直到自然的熔融物固化处理随着熔融物冷却而开始。4根据权利要求1所述的方法，其中当铸件温度达到自然固化处理完成的点时，移除力的非均匀场，并且铸件冷却继续。权利要求书CN101980809ACN101980814A1/5页3。
5、通过从熔融物的选择点朝向铸件外围的定向固化的铸件制造方法技术领域0001本发明涉及铸造生产，尤其涉及用于通过熔融物的定向固化的铸件制造方法。背景技术0002对有效控制模具中的金属熔融物的固化以制造具有可接受的实际服务特性的铸件的需要促使研究者和工程师持续地寻找新的方式，以便从根本上改进铸件的质量，因为铸件在晶体结构固化阶段获得它们的基本服务特性。0003直到最近，所有用于在金属熔融物的固化期间控制处理发展的方法已经限定为影响在熔融物内和在热交换边界处的热处理。在这样的环境中，在铸件外围形成的两相固化前部区域在其以缓慢速率朝向中心移动时阻碍了潜在热量的移除，导致颗粒尺寸的变化并且在收缩的固相增长。
6、时提高了熔融物内的压力，这样就会导致溶解到熔融物中的气体释放。在某种程度上，该固化处理的组织是无效的，结果，不管使用什么选项，在铸件中颗粒尺寸形成梯度，因此形成属性的各向异性。此外，当通过热移除实现固化时，不能避免如微空隙和大空隙和各种形式的熔析的缺陷。已经进行尝试来弥补通过现有的方法制造的铸件的结构缺陷，在该现有方法中从熔融物的外围向中心固化。该现有方法的好的例子是这样的方法，其中通过利用各种杂质激活熔融物来产生精细结构，大多数杂质具有更高熔点，并且其微粒用作固化中心。将其中形成固化中心的机制解释为“微型致冷机”的操作是适当的。更多的难熔内含物在基质金属的固化温度具有稳定的晶体结构，并且它们。
7、的原子能够从熔融物的局部区域中的熔融成分“取走”一些能量。该“取走”能量产生足够适于开始这些区域中的固化的条件。0004在各种合金用于在熔融物中“繁殖MULTIPLY”它们的结构时，形成类似的固化机制，一种处理现在已知为“遗传”。无论哪种方法用于产生合金，因为它们的组分的大的接触表面积，它们具有相当破碎的结构，并且具有比基质金属稍高的熔点。因此，部分熔融合金溶解在基质金属中，如果稍微过热，则导致如在上述例子中描述的形成更多固化中心。使用合金以及增加调节剂来完成大量固化产生破碎结构从而引起若干问题。期望结构的产生显著地受到各种参数的影响，如温度、溶解质量、合金成分在熔融物体中的分布、以及一些其它。
8、因素。许多研究课题关注这些问题。此外，在熔融物中，例如，在恒温气室中产生过高压力。在该例中，减少了原子间距离，并且互作用能升高。然而，因为在所有例子中熔融物的整个体积中建立过高压力，并且从表面移除了热量，如之前那样，所以固化前部是从周围指向中心，导致典型的现有技术方法的所有可能的铸件缺陷。从该方法唯一获得的优点是可能改进的铸模填充和对铸件结构均匀性的不显著的改进。0005在固化期间缺陷形成的分析暗示这样的结论，它们最终由于其中通过从铸件表面移除热量进行固化的方法导致。0006实际上，外围固相，如固化前部，切断了内部伴随的气相，导致起泡、裂化、熔析等。0007然而，现有技术已知的方法用于通过熔融。
9、物的定向固化制造铸件SUI424,952，说明书CN101980809ACN101980814A2/5页4其中在熔融物体整体上而不是在选择的方向上冷却时，在旋转模具的力的不均匀场中形成铸件。在该示例中选择模具旋转速度以便将熔融物暴露给要求的压力，以便过冷熔融物到等于其亚稳定性的间隔的程度。在这些条件下，熔融物的非定向冷却导致其固化从外围指向模具的旋转轴。该效果通过在熔融物的外围区域中建立的压力的影响下而上升的固化温度实现，该压力高于靠近模具的旋转轴的区域中的压力。0008然而，为了将该方法投入应用，要建立高的压力，随之而来的则是容纳熔融物的铸件模具破裂的可能性。0009此外，用于产生期望压力的。
10、模具的恒定旋转速度导致铸件结构和强度特性的各向异性，因为固化前部随着过冷连续地减少而朝向模具的旋转轴移动。0010因此，从上面可以得到的结论是在铸件体中产生的局部提高的压力区域可以允许从朝向铸件外围的区域中有效控制固化。从朝向外围的区域移动的固化前端可以允许将气泡和游离金属互化物推出铸件表面，防止收缩裂纹、水泡等的形成。发明内容0011本发明目的是解决这样的技术问题，其包括通过建立和保持从熔融物内的指定点指向铸件外围的熔融物固化前部，而在模具中制造铸件的方法，以便改进铸件的强度特性并实现其特性的各向同性。0012该技术结果通过一种通过从选择点朝向外围的定向熔融物固化制造铸件的方法实现，其中铸件。
11、在模具的力的非均匀场中形成，该力的非均匀场通过聚焦在熔融物内的选择点的超声波产生，以便在该点产生局部提高的压力区域，并且指引熔融物固化前部从该区域朝向铸件的外围。0013模具的热动态特性衬里LINING和/或加热有助于灌入模具的熔融物的均匀体积VOLUME冷却，直到随着熔融物冷却而完成自然熔融物固化过程。为了实现得到的铸件结构的更好的各向同性，冷却以不超过05/秒的速率生效。0014灌入以不超过05/秒的速率生效的均匀体积冷却的模具的熔融物的期望过热值允许液相熔融物保持足够的时间，以便完成从熔融物的选择点朝向铸件外围的指定固化，直到随着熔融物冷却而开始自然的熔融物固化处理。0015力的非均匀场。
12、保持到随着熔融物冷却而完成自然熔融物固化处理的温度。铸件在模具中已经冷却到随着熔融物冷却而完成自然熔融物冷却处理的温度后，移除力的非均匀场，然后可以以任何期望的速率冷却铸件。0016这些是构成足以产生期望的技术效果的稳定的特征组合的基本特性。附图说明0017本发明将从其特定实施例的描述中变得清楚，然而，该特定实施例不是唯一可能的实施例，而只是说明可以实现期望的技术结果的方式。本发明在下面的附图中示出0018图1所示固化处理模式的第一阶段；0019图2所示固化处理模式的第二阶段；0020图3是用于使得熔融物经历超声处理的实验装置的图；0021图4是装备有超声发射器的模具的示意图；以及说明书CN1。
13、01980809ACN101980814A3/5页50022图5是铸件硬度测量点的图。具体实施方式0023原理上，定向固化方法包括使用这样的物理现象，其可以控制熔融物的能量状态减少到开始固化的水平。直到最近，实际上所有的固化控制方法已经限定为影响在熔融物中出现的热处理。为此，保持熔融物中的期望的温度梯度的装置被用于固化控制目的。期望强度的定向热量移除允许创建优选的条件用于开始熔融物的期望区域中的固化，其实际上是定向固化的最普遍的形式。即使应用于小尺寸的铸件，该定向固化选项也是有效的。该限制由以下事实来说明，即，在熔融物固化、释放处理中的潜在固化热量期间，熔融物中的温度场变形，即，变形减少了熔融。
14、物中存在的温度梯度。此外，从外围朝向中心的固化前部移动为不利地影响铸件结构形成的空隙和其它常见的铸件缺陷创建了条件。本发明允许通过在熔融物体的选择点产生局部提高的压力区域以在该点开始固化，然后将固化前部从中心向铸件的外围移动，在衬里或加热用于不超过05/秒的速率的、稍微过热的熔融物的均匀体积非定向冷却的模具中有效地进行定向固化。在该情况下，过热的程度允许熔融物的液相存在足够的时间，以便在随着熔融物冷却而开始熔融物中的自然固化处理之前，确定定向固化的优先级。可以通过事实上能够在任何物质中产生驻波波腹的超声波产生局部提高的压力。0024为了产生这样的区域，优选使用以速度U1和U2传播的两个聚焦相干。
15、干涉波的压力波腹见图4中的图0025U1A1SINTD/C100260027其中0028A1和A2是两个超声波的振幅；0029C是熔融物中超声波的传播速度；0030是载波超声波的角频率；0031是初始相位；0032X是相对发射器之间的距离；0033D是一个发射器和辐射点之间的距离；以及0034T是当前时间。0035如果忽略熔融物中超声波的衰减，则用于在选择区域中产生压力波腹驻波的条件描述如下00360037最后的公式通过修改处理以改变固化期间的超声波的传播速度，允许固化转移到熔融物中的任何区域。0038超声波振幅A1和A2在该区域驻波波腹中建立压力P，增加在点D达到最大值的熔融物的密度。003。
16、9所有其它条件相同，提高熔融物的主要部分的压力导致对应的初始固化温度的增说明书CN101980809ACN101980814A4/5页6加是公知常识0040TSOLPITSOLPOZK1KPKK40041其中0042TSOLPI和TSOLPO分别是在压力P0和PX的固化温度；以及0043是关系TSOLFP的导数DT/DP。0044通常，关系4可以是非线性的，但是在实践中足够的合理的精确的情况下，可以假设K1。关系4的分析显示在熔融物的连续一致冷却时，在稍微过热的熔融物1的局部区域提高PX启动该特定区域中的熔融物的固化即，硬化的优选开始。因此，接着是出现的固化前部将从该区域前进到熔融物的其余部分。
17、。该模式在图1中示出。熔融物1中的人工提高压力区域2将以泵的方式起作用，其通过自身“抽吸”液体的过热熔融物，直到其完全固化。熔融物以此方式移动，因为在地球的重力场中形成的提高压力区域中的晶体结构的碎片具有比周围熔融物高的密度，并且沉淀在模具底部，激活熔融物并在模具底部和提高压力区域之间形成强迫固化区域。0045熔融物1在冷却时移动，直到用作衬里的模具3的内容变得均匀。熔融物粘度在此时上升，这意味着完成了固化处理的第一阶段。0046在图2中图示了固化处理的第二阶段。其特征在于在提高压力区域2中出现固化前部4，该固化前部朝向模具3的外围移动。0047当固相形成完成时，比自由固化期间形成的缩孔更大尺。
18、寸的缩孔5开始在提高压力区域2上形成。缩孔5的位置可以通过移动提高压力区域2的位置来改变。0048在没有重力时，期望固化在提高压力区域中开始，在该情况下将不会形成强迫固化区域和固化处理的第一阶段。提高压力区域4形成在聚焦在选择的熔融物区域上的干涉的超声波的压力波腹中。在描述的实验中，铝熔融物通过设置在模具的短边的集中器照射。要注意，尽管当利用超声波照射熔融物时，除了提高压力区域中的压力提高，未识别的物理机制可能也操作。以高于超声波速度的速度移动的导电电子将它们的一些动能释放给熔融物。在该实验的情况下，当产生“驻”波时，不传送超声波能量，并且即使容让人只是稍微过热，也存在满足电子动能移除的条件。。
19、这依次导致熔融物的能量水平的整体下降，即，固化处理的开始。0049在这里描述的实验中，以控制的相位差，利用来自两个源U1和U212的正弦波形的信号照射熔融物。熔融物中提高压力区域4的位置从初始相位差3确定，并且发现在实验期间变化20到30MM，因此，形成缩孔的位置也变化。0050本发明通过制造一系列铸件并研究获得的铸件的结构在实验铸件机上生效。0051图3中概略地示出了实验铸件机。该机器包括用作衬里来将熔融物的体冷却速率减少到05/秒以下的模具3。灌入模具的熔融物的过热温度和冷却速度限制要求一起维持熔融物的液相足够的时间，用于确定从选择点朝向外围的定向固化的优先级，直到随着熔融物冷却而开始自然。
20、的熔融物固化处理。模具3具有倒转的截棱锥的形状，以便填充在其固化温度TSOL之上20到25的温度的铝合金AL5E的熔融物。当熔融物冷却到在熔点之上5到7时，温度计7发送信号到超声发生器10。超声发生器10产生相干信号U1和U2，并且将它们发送到两个超声发射器9，该超声发射器9通过集中器8与未衬里的模具3的壁部分声学地链接，信号U1和U2处于相反相位。确定模具3的工作区域的尺寸为在各发射说明书CN101980809ACN101980814A5/5页7器9之间具有200MM的长度、90MM的宽度5的铸造级和90MM的深度。信号U1和U2的相位和振幅通过型号S1269的两射线示波器11来测量。通过型。
21、号CH338的频率计12测量波频率，并且发现该频率为65KHZ。通过型号PP1的铂铑铂热电偶7和型号KSP4的设备测量温度。发射器包括结构化陶瓷板PTS19，每个9MM厚。与减频垫和集中器8一起，它们以65KHZ的频率振荡。集中器8设计为具有指数可变截面的圆杆。在上述机器中的一系列6次实验加热后，从铝合金AL5E产生铸件。微结构研究和与控制铸件的比较产生以下结果利用聚焦的超声照射熔融物，产生的铸件具有从单个点朝向外围展开的非常大的柱形晶体，该点是固化中心。对得到的铸件进行了几次硬度测量。图5中示出了硬度测量点的位置图，并且表格1中给出了对于6个样本获得的结果。由于在缺少热处理的情况下在标准条件。
22、中从该合金获得的样本的硬度不超过20到22单位的范围，因此本发明在合金AL5E的硬度中产生几乎3倍的增加。在一系列加热中获得的铸件的微结构通过其属性和高各向同性和再现性而出众。0052表格100530054本发明的方法允许在熔融物中心建立的单个固化前部朝向外围移动，以将游离金属互化物和有机和伪有机内含物推到铸件表面，并且消除气孔和收缩裂纹的成因，在制造大尺寸铸件时特别有利。0055产业应用性0056本发明可用于在适当设计的模具中制造任何类型的铸件，在该适当设计的模具中，与灌入模具的熔融物的稍微过热和在力的非均匀场中从选择的熔融物区域朝向模具外围前进的定向固化结合，自然的熔融物冷却速率维持在不超过05/秒的水平，其全部一起帮助显著改进半成品和产品的质量。本发明可在制造大尺寸的铸块中以及在生成任何几何形状的异形铸件中最有效，该大尺寸的铸块然后可以轧成板或类似产品或用作金属加工中心的需要的毛坯。说明书CN101980809ACN101980814A1/4页8图1图2说明书附图CN101980809ACN101980814A2/4页9图3说明书附图CN101980809ACN101980814A3/4页10图4说明书附图CN101980809ACN101980814A4/4页11图5说明书附图CN101980809A。