无定型合金的热塑性铸造制造技术

提供了一种用于适合的玻璃形成合金的热塑性铸造的过程和仪器。此方法和仪器包括：在整形和成型步骤中，通过把所述合金保持在一个温度下，连续或者成批地热塑性地铸造所述合金，上述温度在一个热塑性区域中，并且是低于温度Ｔ↓［ｎｏｓｅ］（在这里，对结晶的抗性是最小的），而高于上述合金的璃态转变温度Ｔ↓［ｇ］，随后是一个淬火步骤，在这里上述零件被冷却到室温。还提供了一个根据此热塑性铸造过程制造的产品。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及铸造无定型合金的新方法，更具体而言，是涉及这种无定型合金的热塑性铸造的方法。
技术介绍
现今使用的很大比例的金属合金是用某种形式的固化浇铸加工出来的。在固化浇铸中，金属合金被熔化然后被浇铸进一个金属或者陶瓷的模里，并在此固化。然后这个模被揭掉，而浇铸出的金属件就可以使用或者进一步加工。工业生产规模的铸造方法分成两个主要的类别一次模型法(expendable mold processes)和永久模型法(permanentmold processes)。在一次模型法的过程中，模只被用一次，比如涉及使用耐高温外壳作为模的熔模铸造法(investment casting)。在永久模型法的过程中，金属或者石墨的模被重复使用来多次铸造。永久模型法可以依据用于充填模的机械装置的种类来分类。在一种形式的永久模铸造中，熔融的金属在地心引力或者一个相对小的金属压力头的作用下被填充进模里。在另外一种被称为压铸(die casting)的形式里，熔融的金属通过例如液压活塞的帮助，被一个相对大的压力填充到压铸模里，这个压力值一般为500psi(磅每平方英寸)或更大。在这种过程里熔融的金属被强迫压进模的内侧表面所限定的形状里。这种形状通常比那些用永久模铸造很容易就得到的形状要复杂得多，因为金属可以被强迫压进压铸模的复杂形状特征中，比如很深的凹处。这种压铸模通常是一种可拆模的设计，以便于模被分成两半来暴露固化了的零件，也简化了从模里取出固化零件的过程。高速压铸机已经被开发出来以减少制造成本，结果，在消费者那里和工业品中找到的很多小金属铸造件都是用压铸制造出来的。在这种压铸机里，一批装料量或者“投放量”的熔融的金属被加热到其熔点以上，然后在一个至少几千磅每平方英寸的活塞压力下被强迫压进封闭的硬模里。金属很快地固化，硬模的两半被打开，然后零件被弹出。商业上的机器可以采用多套硬模的设置，以便于当前面铸造的零件正被冷却，正从模里移去，以及模被带上一层润滑剂，准备下一次使用的时候，额外的零件可以被同时铸造。尽管这些方法已经被证明可以有效地在相对高速的加工速度下制作零件，但是这些技术却有一些与生俱来的问题。例如，当金属被强迫压进商业的压铸机的压铸模的时候，它先在其对面的模内侧壁上固化。因此，铸件表面上的湍流所导致的缺陷便形成了。而且，当未固化的液体陷进已固化金属的固体壳中的时候，有一个沿着压铸模的中心线形成收缩孔或者多孔的趋势。另外，因为金属是以高速被高压装填进模里的，熔融的金属是处于一种湍流状态。其实，在很多应用中，是使用一种雾化的金属“喷雾”来填充模。由于气体陷进正在固化的金属中--制造了多孔，这种湍流作用导致了不连续性，不仅仅是在铸造零件的表面，也可以是在铸造零件的中心。金属液体的雾化也会造成零件内部的分界，削弱成品。因此，基本上压铸制造的零件具有相对低稳固性的相当多孔的部分，也因此具有相对差的机械性能。结果，压铸零件通常不会被用在需要高机械强度和性能的应用中。无定型合金(玻璃形成合金或者金属玻璃合金)在它们的原子结构上和常规结晶合金不同，它们缺少常规结晶合金所具有的典型的长程有序形式的原子结构。无定型合金通常是通过以下方法加工和形成的从结晶相的熔化温度(或者是一个热力学的熔化温度)以上开始冷却一种熔融的金属，以“足够快”的速度冷却到无定型相的“璃态转变温度”以下，以此来避免成核和合金晶粒的生长。同样地，无定型金属的加工方法总是涉及量化这个“足够快的冷却速度”来确保无定型相的形成，这个冷却速度也被称作“临界冷却速度(critical coolingrate)”。早期的无定型合金的“临界冷却速度”都非常的高，相当于大约106℃/s。也就是说，常规的铸造方法不适于这样高的冷却速度，所以特殊的铸造过程被发展出来，例如金属旋压法(metal spinning)和流面铸造法(planar flow casting)。由于只有很少的时间(相当于10-3秒或更少)能用来把热量从熔融的合金中提取出来，早期的无定型合金在尺寸的至少一维上也被限制着。例如，只有很薄的泊片和条板(厚度相当于25微米)可以用这些常规方法成功地制造出来。因为这些无定型合金的临界冷却速度要求严重限制着用无定型合金制成的零件的尺寸，早期的无定型合金在大体积物件和零件上的应用一直是有限的，尽管无定型合金材料拥有很多优异的性质。这些年来，已经发现，“临界冷却速度”是无定型合金的化学组成的一个很强的函数。(于此，术语“组成”包括偶然杂质，例如在无定型合金中的氧)。因此，一直在探寻这样一种新的合金组分，其临界冷却速度要小很多。在最近十年中，一些大体积固化的无定型合金(大体积金属玻璃或者大体积无定型合金)系统已经被开发出来。在美国专利号5,288,344、5,368,659、5,618,359和5,735,975中给出了上述合金的例子，在这里将它们全部收入以供参考。这些无定型合金系统的特征是临界冷却速度可以低到几℃/s，这个速度允许处理和制造比以前能得到的大很多的大体积无定型态的对象。由于实现了在大体积固化无定型合金(bulk-solidifying amorphousalloys)中的低“临界冷却速度”，采用常规铸造方法来形成无定型态的大体积零件就成为可能。采用“热流(heat flow)”方程和简单的近似，能把临界冷却速度和无定型零件的“临界铸造尺寸(critical castingdimension)”联系起来，临界铸造尺寸即是维持在无定型态时零件的最大可铸造尺寸。例如，“临界铸造尺寸”的定义根据无定型态零件的形状而改变，依次是，对于长杆，它变成最大的可铸造直径，对于盘，它变为最大的可铸造厚度，对于导管和管材，则变成最大的可铸造的壁厚度。除了它们较低的“临界冷却速度”，大体积-固化无定型合金还有一些附加的性质，使得它们在压铸法中有很多特殊的优势，如美国专利号5,711,363中所描写的，此专利在此引入以供参考。例如，大体积-固化无定型合金往往被发现邻近于深的共晶成分，以至于在这些材料的压铸过程中所涉及的温度是相对低的。另外，在从高温冷却的时候，这些合金不经过一个合金固化中常规意义上的液-固转化过程。而实际情况是，当温度降低的时候，上述大体积-固化无定型合金变得越来越粘稠，直到从绝大多数意义上来讲，它们的粘度高到它们的表现和固体一样(尽管它们经常被描述成过冷却液体)。因为大体积-固化无定型合金不经历一个液-固转化过程，所以在凝固温度，它们不经历一个突然的、不连续的体积变化。而在由常规合金制造的压铸零件中，就是这个体积的变化才导致绝大多数的中心线上的收缩和多孔。也正是由于在大体积-固化无定型合金中没有出现这种现象，才使得用这种材料制造的压铸零件比常规的压铸零件具有更高的冶金坚固性和品质。尽管大体积固化无定型合金对固化浇铸的基础缺陷提供了一些补救，特别是对于压铸法和永久模型法，如上所述，但是仍然需要提及一些问题。首先，需要制作更大体积的物件和大体积-固化无定型合金零件，而且需要利用更宽范围的合金组合物制作这些零件。目前可利用的具有大临界铸造尺寸的大体积固化无定型合金被限制在一些种类的合金组合物中，无论从工程的方面还是从成本的方面，这些组合物所基于的金属都未必是最本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热塑性铸造无定型合金的方法，包括以下步骤：提供一定量的在熔融状态的一种无定型合金；冷却所述的熔融的无定型合金到一个中间的热塑性成形温度，此温度是在无定型合金的璃态转变温度之上的，冷却的速度应该足够地快以避免无定型合金结晶 ；稳定无定型合金的温度在该中间的热塑性成形温度；在一个整形压力下，在该中间的热塑性成形温度处，在一段能避免无定型合金结晶的足够短的时间里，整形上述无定型合金，从而形成一个模制品；以及冷却模该制品到室温。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：WL约翰逊，CP金，A佩克，
申请(专利权)人：液态金属技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]