[发明专利]消融铸造方法

说明书

一种制造金属制品的方法，包括以下步骤：提供包括第一部分的模具，该模具由集料和粘合剂制成，将熔融金属输送到模具中，用流体去除模具的所述第一部分并用所述流体使该熔融金属的至少一个目标部分固化，其中所述熔融金属将形成金属制品。使流向模具的流体流停止一段时间。随后，使熔融金属的剩余部分固化以形成金属制品。与金属制品的剩余部分的机械性能相比，该金属制品的至少一个目标部分具有更好的机械性能。还公开了一种具有不同机械性能的整体单件式铝合金组件。

背景技术

常规铸造方法

在传统的铸造方法中，熔融金属被浇注至模具内并因对模具失热而固化或凝结。对于相对绝热的集料模具(例如由硅砂制成的那些)，该过程缓慢，从而显著降低了铸件的机械性能。虽然可以通过在模具中放置局部金属冷却块来提高速率，但是这在许多模制生产线上是昂贵且不方便的。由于这个原因，铝(Al-)和镁(Mg)基合金的铸造通常在对性能具有显著益处的永久性金属模具中进行。然而，在集料模具或永久性模具中，不容易控制凝结的方向，使得收缩孔隙率仍然是这两种类型的铸件的常见缺陷(虽然一种类型的铸件的孔隙率低于另一种类型的铸件)。

此外，所有这些模具的热量提取速率受到所谓的“气隙”的存在的限制。该气隙是铸件冷却并收缩与模具加热并膨胀之间所打开的空间。来自铸件的热量的传递速率受到该绝热空气层的强力限制。无论如何，这些常规铸造方法通过组件的表面冷却来提取或去除热量，其中组件通过模具或通过工具而固化。

当熔融金属失去足够的热量，使得其已经凝结并充分冷却以获得足够的强度以使熔融金属能够支撑其自身重量时，可以从模具中取出所得产品，即铸件。铸件与模具的分离可能有些剧烈，通常涉及落在网格上和/或翻滚以从湿砂模具中取出铸件。对于化学结合的硬砂，去除模具通常需要在振动网格上进行抖落。该过程是热的，多尘且嘈杂，涉及为操作者提供清洁和凉爽的空气、强力的除尘系统和噪声控制。对于坚硬且坚固的钢铁铸件，这种分离技术通常不会损坏铸件，但铝基和镁基合金相对较软且很容易被这种粗暴的机械技术损坏。这些机械技术也会导致变形。

在该初始分离、最终清洁和可能的型芯去除之后，仍然需要额外的剧烈过程(例如喷砂处理)，或甚至以热处理形式的显著能量来烧掉型芯残余物。

最近，已经开发出一种解决大多数上述问题的新方法。该方法被称为消融固化方法，并在美国专利No.7,216,691中有所描述，该专利的全部公开内容通过引用而并入本文中。

本申请中使用的术语“消融”指的是通过侵蚀法去除集料模具，其中施加消融介质(例如流体)导致集料分解成颗粒尺寸并且颗粒在流体的流动中被冲走。以这种方式，可以显露固化金属组件的表面，使消融介质与固化铸件的金属直接接触而不形成任何气隙。直接接触使来自金属的热量流最大化，从而大大提高了金属的固化和冷却速率。施加介质的时机可以在模具中的金属完全凝结之前，以使固化金属的机械性能最大化，或者可以延迟以使性能最小化。消融的一个重要的具体实例包括使用与可溶性粘合剂结合的集料模具和使用溶解物(例如含有水的溶解物)作为消融和冷却介质。

虽然消融方法是对已知或常规铸造方法的显著改进，但是希望增强消融方法以便为诸如锻件、焊件和铸件之类的金属制品提供更高的生产率并且增强这些产品的性能。

特别希望开发一种这样的方法，该方法允许由熔融金属(或者甚至可能是另一种类型的材料，例如塑料)形成的单一整体消融组件或产品在部件的各个部分中具有不同的机械性能。当组件中的部件的一部分比相同部件的另一部分具有更好的机械性能或冶金性能时，组件在包括运输、建筑、制造等各种领域中具有优势。

发明内容