钢泡沫和用于制造钢泡沫的方法技术

一种生产钢泡沫部件的方法，包括：提供模具，所述模具限定腔室。所述方法也包含将插入件定位在所述模具的腔室。所述插入件可被配置以在所述钢泡沫部件内形成大致均匀的孔隙图案，并且在某些情况下占据所述腔室的至少20％。所述方法还可以包含将钢水浇注进所述腔室，并将将钢水冷却成所述钢泡沫部件，并且从所述模具移除所述钢泡沫部件和所述插入件。还提供具有与所述插入件对应的内部形状的钢部件。

Steel foam and method for producing steel foam

A method of producing a steel foam component includes providing a mold defining a chamber. The method also includes positioning the insert in the cavity of the mold. The insert can be configured to form a substantially uniform pore pattern in the steel foam member and, in some cases, occupy at least 20% of the chamber. The method may also include pouring molten steel into the chamber, cooling the molten steel into the steel foam member, and removing the steel foam member and the insert from the mold. A steel member having an internal shape corresponding to the insert is also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】钢泡沫和用于制造钢泡沫的方法相关申请的交叉引用本申请要求于2014年12月19日提交的美国专利申请号14/576,367，和于2015年2月27日提交的美国临时专利申请号62/121,620的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术涉及钢泡沫，更具体地，涉及钢泡沫和用于生产钢泡沫的方法。
技术介绍
如果孔分布在金属中以占用金属的总体积的一定最小百分比，则该金属被认为是泡沫。与实心金属部件相比，将孔或空隙引入金属部件中通常会降低金属部件的密度和重量。与实心金属部件相比，金属泡沫部件也经常显示更高的板弯曲刚度。目前，商业金属泡沫部件通常限定于铝，尽管事实上，如果可以以合理的成本批量生产，钢泡沫部件将表现出许多优异的性能。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供生产具有一致密度的钢泡沫部件的能力。另外，本专利技术的实施例提供生产具有可预测的机械性能的钢泡沫部件的能力。此外，本专利技术的实施例提供以工业规模生产钢泡沫部件的能力。另一实施例提供生产梯度密度轻质钢泡沫的能力。又一实施例提供生产选择性可变密度轻质钢泡沫的能力。本专利技术为利用钢的工程师提供了新的自由度：密度。钢应用中可能涵盖的设计空间可以随着密度变化而显著增长。除此之外，本专利技术为设计人员提供了新的机会以寻找合适的军事和海军应用，不仅用于能量吸收，而且用于防爆和弹道应用，以抵抗由于高强度和硬度引起的尖锐物体的冲击。本专利技术的一些实施例提供生产钢泡沫部件的方法，其中，所述方法包括：提供模具，该模具限定腔室；将插入件定位在上述模具的腔室内,其中，上述插入件被配置以在上述钢泡沫部件内形成大致均匀的孔隙图案，并且插入件占据上述腔体的至少20％；将钢水浇注进上述腔室；将钢水冷却成上述钢泡沫部件；并从上述模具移除上述钢泡沫部件和上述插入件。在一些实施例中，本专利技术提供的钢泡沫部件包括钢主体，主体具有多个孔，上述多个孔在整个所述主体中形成大致均匀的图案并且占据上述主体的至少百分之二十的体积。本专利技术的一些实施例提供一种插入件，用于与模具一起使用以产生上述钢泡沫部件，其中，上述插入件包括：包含多个互连芯的3D-打印主体，上述3D-打印主体被配置为定位在上述模具内以形成具有小于实心钢部件的期望密度的钢泡沫部件。本专利技术的其他方面通过考虑详细描述和附图而变得显而易见。附图说明图1是用于生产钢泡沫部件的系统示意图。图2是用于与图1的系统一起使用的插入件的立体图。图3是用于与图1的系统一起使用的另一插入件的立体图。图4是用于与图1的系统一起使用的又一插入件的立体图。图5是使用图3的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。图6是使用图4的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。图7是使用图5的插入件制造的钢泡沫部件的立体图。图8是描述使用图1的系统生产钢泡沫部件的方法的流程图。图9是使用图2的插入件生产另一钢泡沫部件的立体图。图10是图9的钢泡沫部件的剖视图。具体实施方式在详细说明本专利技术的实施例之前，应当理解，本专利技术在其应用上不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的部件的构造和布置的细节。本专利技术能够具有其他实施例，并且能够以各种方式被实践或被执行。图1示出用于生产钢泡沫部件的系统10。该所示的系统10包含形成为两个半部，即下半部18(即，下型)和上半部22(即，上型)的三维模具14。模具14由木材或金属形成并填充有拖砂(dragsand)。下半部18和上半部22限定了内有模具14的拖砂的腔室34。腔室34形成为正在制造的钢泡沫部件的形状。半部18、22的至少一个也限定与腔室34连通的浇注开口38(例如，扇形浇口)。开口38允许钢水倒入腔室34。腔室34由上内表面42、下内表面46、和在上内表面42与下内表面46之间延伸的内周面50限定。定位在浇注开口38内的是过滤器62。在一些实施例中，过滤器62能够由氧化铝组成。在其他实施例中，过滤器62能够由其他适合与钢水一起使用的材料组成。在所示的实施例中，过滤器62连结至模具14的上半部22。过滤器62被固定在浇注开口38内并且大致填充了浇注开口38的长度。系统10也包含定位在模具14的腔室34中的至少一个芯撑66。每个芯撑66是由金属制成的较薄的垫片。芯撑66支承在模具的下内表面46之上的插入件78，使得插入件78与下表面46隔开(即，不直接接触)。图2-4示出用于在图1的系统10中使用的插入件78a-c的实施例。在所示的实施例中，插入件78a-c是3D打印插入件(即，使用3D打印机形成的插入件)。在其他实施例中，插入件78a-c能够使用其他方式制造。例如，插入件78a-c可以被挤压、吹塑、模塑、铸造、组装(packed)、加工、雕刻、或以其他方式形成为所需的形状。用于创造插入件78a-c的过程可以是高度可重复的(如3D打印或挤压)，可以是随机的(如吹塑)，或可以是一次性过程(例如手工雕刻)。另外，所述插入件78a由用化学粘合剂(例如树脂)粘合的砂组成，但是也能够由其他合适的材料组成。如本文所用，“砂”是指任何可流动的材料或介质，例如面包屑、谷物或颗粒。例如，砂可以是常规砂、铸造砂、动力砂、砂纤维混合物、砂粘土混合物、陶瓷、二氧化硅氧化铝、材料的组合等。砂是可承受铸造钢过程中的高温的介质，通过粘合剂黏合在一起，粘合剂在暴露于高温时缓慢燃烧。尽管下面参考具体实施方案描述插入件78a-c，但是显而易见的是，也可以或替代地使用其他形状和尺寸的插入件。例如，通过使用3D打印机制造插入件78a-c，可以选择和设计插入件78a-c的几何构造以在钢部件的内部产生任何所需的孔型图案。此外，插入件78a-c的尺寸能够按需要缩放以匹配任何钢部件的尺寸。多个插入件也能够定位在单个模具腔室内以实现期望的几何形状和尺寸。如图2所示，插入件78a包含多个互联芯82a。所示的芯82a为重复几何形状的形式。仅作为示例，互联芯82a布置成平行于水平轴线H布置的行84a。重复互联芯82a还布置于平行于垂直轴线V的列88a。水平轴线H和垂直轴线V用于便于参考附图对插入件78a-c的讨论，并不意图限制。每个互联芯82a包含中央部分86a和从中央部分86a延伸的突起90a。所示的中央部分86a是球形的。在所示的实施例中，四个突起90a沿平行于水平轴线H或垂直轴线V的方向从每个中央部分86a延伸。如图所示，突起90a中的两个沿平行于水平轴线H在相反的方向延伸。而且，突起90a中的两个沿平行于垂直轴线V在相反的方向上延伸。与插入件78a的边缘相邻的突起90a还限定作为平坦表面94a的端部。每个芯82a还包含两个次级突起98a，这两个次级突起98a沿第三轴线T从中央部分86a在相反方向上延伸。第三轴线T垂直于水平轴线H和垂直轴线V。所示的次级突起98a通常小于突起90a。突起98a还用平坦表面102a限定端部。插入件78a还限定外围120a，其包含最末行84a(即，沿垂直轴线V的最高和最低行)和最末列88a(即，沿水平轴线H的最左边和最右边的行)。虽然所示的中央部分86a为球形,但在其他实施例中，中央部分86a能够是非球形。例如，中央部分86a可以是正方形、六边形、八角形、圆形、球形、长圆形、足球等。或者，中央部分86a可以大致被忽略，使得突起90a、98a作为一系列管直接连接在一起。在一些实施例中，中央部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产钢泡沫部件的方法，所述方法包括：提供模具，所述模具限定腔室；将插入件定位在所述模具的所述腔室内，所述插入件被配置以在所述钢泡沫部件的至少一部分内形成大致均匀的孔隙图案，并占据所述腔体的至少20％；将钢水浇注进所述腔室；将钢水冷却成所述钢泡沫部件；并且从所述模具移除所述钢泡沫部件和所述插入件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 US 14/576,367;2015.02.27 US 62/121,6201.一种生产钢泡沫部件的方法，所述方法包括：提供模具，所述模具限定腔室；将插入件定位在所述模具的所述腔室内，所述插入件被配置以在所述钢泡沫部件的至少一部分内形成大致均匀的孔隙图案，并占据所述腔体的至少20％；将钢水浇注进所述腔室；将钢水冷却成所述钢泡沫部件；并且从所述模具移除所述钢泡沫部件和所述插入件。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：从所述钢泡沫部件移除所述插入件。3.根据权利要求2所述的方法，其中，移除所述插入件包含将所述插入件从所述钢泡沫部件中排出。4.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述插入件定位在所述腔室中包括将3D-打印插入件定位在所述腔室中。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述3D-打印插入件由砂和化学粘合剂组成。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述插入件占据所述腔室的约百分之二十与约百分之六十之间的容积。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模具包含限定所述腔室的上内表面和下内表面，并且其中，将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件从所述上内表面和所述下内表面的至少一个隔开。8.根据权利要求7所述的方法，其中，将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件从上内表面和所述下内表面隔开。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述模具也包含在所述上内表面与所述下内表面之间延伸的内周面,并且其中，将所述插入件定位在所述腔室内包含将所述插入件定位在所述腔室中以抵接所述内周面的至少一部分。10.根据权利要求8所述的方法，还包括：将芯撑定位在所述模具的所述下内表面上，其中，将所述插入件定位在所述腔室中包含将所述插入件定位在芯撑上以将所述插入件从所述下内表面隔开。11.根据权利要求1所述的方法，其中，提供所述模具包含提供具有与所述腔室连通的开口的所述模具，并且其中，将所述钢水浇注进所述腔室中包含通过所述开口将所述钢水浇注进所述腔室中。12.根据权利要求11所述的方法，还包括：将过滤器定位在所述开口，并且其中，浇注所述钢水包含浇注所述钢水穿过所述过滤器。13.根据权利要求12所述的方法，其中，将所述过滤器定位包括将氧化铝过滤器定...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·M·鲁沙恩，
申请(专利权)人：梅纳德钢铁铸造公司，H·M·鲁沙恩，
类型：发明
国别省市：美国,US