强化低熔点铸造金属部件的方法技术

一种强化低熔点铸造金属部件的方法，其包括：制备具有熔点的熔融金属材料；将具有比所述熔融金属材料的熔点更高的熔点的强化材料混合到所述熔融金属材料中；将所述熔融金属材料浇注到模具中；对所述强化材料施加力导致所述强化材料占据所述模具的预定部分并且由此占据所述铸造金属部件的预定部分；和固化所述熔融金属材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种方法和使用该方法制造的部件，即该方法使用施 加或分散到模铸件的预定部分的高熔点纤维或粉末来强化低熔点铸造 金属部件。
技术介绍
铝和镁合金常用于制造工业产品。尽管这些合金有许多用途，它 们不能用于高强度和高磨损应用，除非将铝芯和由更高强度的材料例 如钢制造的铸件接合在一起制造两个部件。 一个好的例子是铝块发动 机需要钢套。为了提高纯金属性质，通过将不同金属添加到基体金属， 并且在原子尺度上产生金属间组成物和相位来制造合金。然而，对于 铝和镁以及它们的合金而言，在许多应用中具有的强度和耐磨性不足， 尽管它们的低密度和相对低的熔点是非常有吸引力的特征。强化铝和 镁合金的已知技术是将陶瓷添加到这些合金。陶瓷并不在原子尺度上与合金混合；它们只是在宏观尺度上强化这些合金。添加陶资的合金 存在的问题是它们极难加工的事实。并且由于铸件几乎从来不会是最 终形状，它们仅仅适合于不需要精加工的一些应用。将陶资添加到熔融铝和镁以增加机械性质和耐磨性在本领域中是 已知的。陶瓷强化铝存在的问题是在铸造之后极难加工部件。另外， 陶瓷强化合金并不具有良好的延展性。典型的技术是U.S.4586554，其公开了一种方法，该方法被提供用 于通过压模铸造形成纤维强化轻金属铸件。纤维模具被引入辅助模具 中，并且辅助模具被加热到高于轻金属的熔点的最佳温度。辅助模具 然后过盈配合地插入压模铸造模具中，所述压模铸造模具对应于辅助 模具的外部轮廓并且在压力下填充有轻金属。纤维模具可以可选地借助于暂时有机粘结剂被稳固，当辅助模具被加热时所述暂时有机粘结 剂分解。需要一种方法，其使用施加或分散到模铸件的预定部分的高熔点 纤维或粉末来强化低熔点铸造金属部件。
技术实现思路
本专利技术的主要方面提供了 一种使用施加或分散到模铸件的预定部 分的高熔点纤维或粉末来。通过本专利技术的以下描述和附图将指出或显而易见本专利技术的其它方面。本专利技术包括一种，所述方法包括 准备具有熔点的熔融金属材料；将具有比所述熔融金属材料的熔点更 高的熔点的强化材料混合到所述熔融金属材料中；将所述熔融金属材 料浇注到模具中；对所述强化材料施加力导致所述强化材料占据所述 模具的预定部分并且由此占据所述铸造金属部件的预定部分；和固化 所述熔融金属材料。附图说明包含在说明书中并且形成说明书的一部分的附图与描述一起用于 说明本专利技术的原理。图1是第一方法的透视图。图2是磁性模具的透视图。图3是磁性模具的透视图。图4是成品部件的透视图。图5是离心模具的透视图。图6是电枢机的透视图。图7是成品部件的透视图。图8是使用重力分离形成的部件的侧视图。图9是显示将粉末或纤维施加到模具的透视图。图IO是带有浇注金属的模具的透视图。图ll是成品部件的透视图。图12是带有在浇注之前施加的纤维或粉末的磁性模具的透视图。图13是被填充模具的透视图。图14是成品部件的透视图。图15是两步模具的透视图。图16是芯体被去除的两步模具的透视图。图17是两步模具的透视图。图18是围挡模具的透视图。图19是带有围挡的模具的透视图。图20是成品部件的透视图。具体实施例方式本专利技术提供了 一种方法和使用该方法得到的产品，该方法使用混 合到主金属材料(host metal material)内的不锈钢纤维或粉末或其它高 熔点合金纤维和/或粉末强化铝、镁、锌或锡铸件或任何其它低熔点金 属铸件的耐用性和/或强度强化。它也包括一种通过将强化粉末或材料 混合到熔融金属中，随后通过外力例如磁力、离心力或重力从熔融金 属分离纤维/粉末强化低熔点合金的方法。该方法包括主金属合金的使用，强化纤维或粉末被添加到所述主 金属合金中以形成金属基质混合物。金属基质混合物包括机械性能强 化合金。当混合物被铸造成产品时，它将具有强化的机械强度(例如 拉伸、压缩、疲劳、弯曲等)和更高的耐磨性。在这里公开的该方法可以用于制造高强度、耐磨损的铝链轮，而 不需要硬铬镀层或陶瓷涂层。总体而言，所公开的方法优于涂层，原 因是涂层通常通过机械结合或化学键合组成，所述机械结合或化学键 合没有使用本专利技术的方法制造的部件那么牢固，原因是在本专利技术中在 层之间不需要"键合"，因此部件基本上是一个件的。本专利技术的方法包括以预定方式从熔融主金属基质材料中分开或分离纤维和/或粉末的机械或其它手段。这可以包括向心力、重力、磁力 或静电荷的使用。通过使用这些手段意味着，在熔融阶段，纤维和/ 或粉末在部件的外层(或其它预期位置)中的集中可以被操纵和增加。 这在特定的预定位置提高了部件的机械性质，在表面或其它位置上赋 予了更高强度和/或更高耐磨性，而不会增加整个部件中的纤维利用， 由此减小了成本和重量。在该方法期间，纤维或粉末不一定如在纯混合过程中希望的那样 均匀地分布于金属基质。粉末或纤维选择性地集中在期望强化耐用性 或强度的区域。在铸造过程期间进行金属纤维和/或粉末的集中。金属基质可以包括铝、镁、锌或锡或它们的两个或以上的组合。 纤维和粉末包括具有比金属基质更高的熔点的金属材料，这些金属材料包括不锈钢、合金钢、低碳钢或与熔融铝、镁、锌或锡相比具有很高熔点的其它材料。纯铁的熔点为1537°C。纯铝的熔点为66(TC，并 且纯镁的熔点为650°C。纯锌的熔点为420°C，并且纯锡的熔点为 232 。C。由于材料的熔点的差异，不锈钢纤维或粉末并不在熔融金属基质 中熔化，而是在纤维或粉末界面处形成包括铁和主金属的组合物的金 属间边界层中熔化。通常，在铸造之前以及有时取决于部件设计在铸造之后，搅动熔 化物(模内搅动)，以防止纤维或粉末在熔融主金属基质中下沉，因 为铁的密度是铝或镁的密度的大约三倍。搅动可以简单地通过机械装 置或通过磁力进行。铸造通常在闭合模具中进行，有时在压力下(即 在压模铸造中)进行。这有助于更好地填充模具。纤维的百分比、纤维的大小和形状和纤维的材料组成(合金)可 以取决于部件的所需性能而变化。典型的混合物将具有在大约5%到 500/。(体积比)的范围内的纤维或粉末含量，纤维的尺寸为大约l微 米到10mm的长度以及大约1微米到l.Omm ( 1 - 1000微米)的横截 面直径。该横截面可以是任何形状，但是为了简单起见，它被认为是 基本圆形的。尽管给出仅作为例子，尺寸的范围将允许容易压模铸造强化合金。粉末的尺寸也可以在大约l微米到1亳米的范围内变化，但是并 不限于该范围。对于不进行压模铸造，例如砂型铸造、金属型铸造等 的合金，纤维和粉末的尺寸可以在长度和直径上更大。选择粉末、纤 维或两者的组合是为了获得成品部件的预期性质。在部件的选定富集区域中，纤维/粉末的百分比可以高达95%,但是并不限于该数值。在 模具涂层过程中，施加在模具上的富集层可以使一些铝粉末与它混合， 以保证它在铸造之后熔化并且产生均匀富集层。典型纤维包括:<table>table see original document page 8</column></row><table>图l是第一方法的透视图。为了在磁力、离心力、静电力或重力分离纤维或粉末之前防止主金属基质IO在模具表面21上固化，模 具20被预加热，并且熔融合金被过度加热(比熔点更热)。这允许在 开始固化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化低熔点铸造金属部件的方法，其包括：　制备具有一熔点的熔融金属材料；　将具有比所述熔融金属材料的熔点更高的熔点的强化材料混合到所述熔融金属材料中；　将所述熔融金属材料浇注到模具中；　向所述强化材料施加力，导致所 述强化材料占据所述模具的预定部分，由此占据所述铸造金属部件的预定部分；和　固化所述熔融金属材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：Y霍贾特，
申请(专利权)人：盖茨公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]