含有分散于共品相的初品相的过共品金属合金的铸造方法技术

共晶合金系统的金属合金的铸造方法，其特征在于包括： （ａ）形成金属合金熔体； （ｂ）将液流内的温度在液相线温度或在液相线温度以上的熔融金属合金浇注入铸模内形成铸件； （ｃ）将微粒物质引入熔融金属液流中，以便从熔融金属合金中吸取热量，从而使熔融金属合金从浇注温度过冷到在该金属合金液相线温度和固相线温度之间的初晶相凝固范围。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及多相铸件，并且特别涉及一种铸造方法，通过该方法有可能细化在共晶系统的二相区域内从熔体生成的初晶相。本专利技术适用于其凝固特性及最终显微结构能用一个共晶相图所描述的所有金属体系。这些体系的例子有铝/硅、铅/锡、铅/锑、铜/银和铁合金，特别是白口铸铁。在共晶系统中，具有过共晶和亚共晶成分的合金在经过每一合金成分的液相线和固相线所限定的温度范围时发生固化。在固化期间，通过成核和长大过程而形成初晶相，初晶相的尺寸和分布首先是由在液相线和固相线之间的温度间隔内的冷却速度所决定。通常，冷却速度愈快，则初晶相的晶粒和分布愈细。在文献中有如下若于增加通过固化区域的冷却速度的方法(a)使用最低的液体金属浇注温度，那就是刚好在液相线温度之上浇注；(b)使用比通常以硅砂为基的铸模例如锆石砂模、铬铁矿砂模及各种金属模的激冷因子更高的铸模；(c)减少铸造金属的厚度；(d)在浇注时使用内冷金属件；(e)使用其化学成分接近于共晶成分的合金。这些方法有一定限制，并且不能用于每一种铸造材料或者不足以在晶粒细化过程中充分地增强所需材料性能。在澳大利亚专利申请AU-A-28865/84中，就具有亚共晶和过共晶成分的白口铸铁，详细讨论了一些这样的方法以及若干限制。AU-A-28865/84通过对制造上的变化因素所给予的详细注意，寻求减轻在生产高铬过共晶白口铁较厚截面铸铁时所证实的问题，以便降低初晶碳化物尺寸以及使显微结构在整个铸件截面上保持基本一致。白口铁，其中包括高铬过共晶白口铁的耐磨性能多年来众所周知，并且后者合金用于形成加衬泵、管道、喷嘴、搅拌器和类似器件的耐磨部分，上述器件常用于传输含有引起磨损颗粒的流体，例如在矿物加工厂内。过共晶材料在其基体中含有针状M7C3(其中，M是Cr、Fe、Mo、Mn)初晶碳化物，在K.Dolman的文章《合金发展))破碎机锤端，Proceedings of Australian Society of SugerCane Technology，April1983，81-87页中略述了这些材料的耐磨性能直接随着存在于25毫米厚的制糖厂锤端铸件中的初晶碳化物体积分数而增加，然而，也注意到断裂韧性相应地降低，为了使锤端具有足够韧性，将其缚在软钢背垫板上。也注意到因为有裂开倾向而难于生产厚截面铸件。通过提供具有在整个合金中初晶碳化物的体积分数超过20％、初晶碳化物的平均截面尺寸不大于75μm的高铬过共晶白口铁，AU-A-28865/84旨在克服低断裂韧性和开裂的缺点。除了控制在熔体浇注时的过热程度外，还建议通过在足够速度下使金属冷却以便限制初晶碳化物长大来达到这个目的。作为这个操作例子，铸于具有锆石的金属壳模中的25mm厚锤端耐磨组件能够达到其平均初晶碳化物直径为40μm，在模和铸件界面形成厚约0.5mm的超激冷区。然而，为了提供足够的断裂韧性以便在极大冲击负荷下避免断裂，铸件必须焊到软钢背衬板上，这在上述Dolman文章中已描述过许多。具有足够断裂韧性的较大部件例如35mm厚的部件也可铸成具有平均碳化物直径40μm的铸件，但是这仅在插于铸件中的定位软钢棒的帮助下才能做到。特别要指出的是，未使用插件的同样铸件具有的平均碳化物直径典型为约100μm，并且在断裂韧性试验中不合格。因此，对于具有最小厚度尺寸为30mm的合金铸件曾建议所用插件优选至少应是铸件重量的约10％。对于较大铸件，例如具有最小厚度尺寸达70mm者，建议使用激冷模和插件。AU-A-28865/84也建议添加碳化物形成元素Mo、B、Ti、W、V、Ta和Nb来增加初晶碳化物的体积分数，因为它们具有强烈碳化物形成作用。这些元素被吸入高铬过共晶熔体的M7C3碳化物之内，直到它们各自溶解度的极限。当超过它们溶解度极限时，它们在基体内形成二次碳化物或沉淀碳化物使基体有某些显微硬化以及增加一些耐磨蚀性能。也曾注意到，当以金属形式存在的碳化物形成元素量超过约1.0(重量)％时，它们为M7C3初晶碳化物提供生核点到如此程度，以致造成M7C3碳化物晶粒细化。在AU-A-28865/84中未曾解释金属碳化物形成元素何时或如何被包含在熔体之中，但曾暗示，最终的碳化物至少可部分地从溶液中析出并且需注意保证它们在浇注时基本均匀地分散在熔体中。关于所需的金属碳化物形成元素夹杂物，也曾暗示在浇注前熔体被保持的期间应为最短，从而避免碳化物颗粒过度长大。碳化物形成元素可不以金属形式包含于熔体中，而按照AU-A-28865/84把它们的碳化物以细颗粒形式加入。然而，也曾提议该细粒碳化物在熔体中可至少部分地保持悬浮状态而不是完全进入溶液中，并且当限制熔体过热程度时更可能是这样。再者，需要小心地保证在浇注熔体时使微粒碳化物基本均匀地分散在熔体中。如AU-A-28865/84那样，加入微粒物质到熔体中以便增加初晶碳化物的体积分数这个做法在本专利技术前未曾在过共晶白口铁制造工艺中实施过。美国专利USA-3282683提出通过在浇铸前向铁水罐内的熔体加入选自大量元素的碳化物稳定剂或碳化物亚稳定剂，来制造具有较小所谓过冷或板型碳化物并增加韧性的改进的白口铁。在美国专利US-A-2821473中也提出通过向在铁水罐内的球墨铸铁熔体中加入碳化物亚稳定剂所致类似的过冷操作。本专利技术目的在于提供一种通过向熔体中加入微粒物质细化铸造共晶合金系统中的初晶相的方法，在该方法中，与上述现有技术相比，改进了初晶相长大的控制。按照本专利技术，提供了一种共晶合金体系的金属合金的铸造方法，其包括如下步骤(a)形成金属合金熔体；(b)将其液流内的温度在液相线温度或在液相线温度以上的熔融金属合金浇注入铸模内形成铸件；(c)将微粒物质引入熔融金属液流中，以便从熔融金属合金中吸取热量，从而使熔融金属合金从浇注温度过冷到在该金属合金液相线温度和固相线温度之间的初晶相凝固范围。按照本专利技术还提供了用上段所述方法所制造的合金铸件。通过仅当浇注时瞬间从熔体吸取热量并使熔体过冷的方法，微粒物质通过在浇注开始后使初晶相生核最大和相应地使初晶相生长最小而优化促进细晶粒结构形成的条件，而无需特殊模具、激冷板和/或金属插件。此外，无需个别搅动熔体就可保证微粒物质完全分散，因为当在浇注过程中引入熔体中或者在浇注后熔体在模内的移动时，微粒物质都能适当地被分散。与例如AU-A-28865/84的方案加入细颗粒的碳化物形成元素的碳化物对比，本专利技术缩短初晶相长大发生的时间，因此，更好地控制晶粒细化，并且使微粒物质及初晶相生核的均匀分散更加完善，而无需在铁水罐内对熔体的单独搅动设备，因此更好地控制初晶相的均匀分配。微粒物质也可充当晶种提供初晶相生核，并且增加初晶相体积，但是初晶相体积比例通过晶粒细化能较大地提高，从而使更多的初晶相组分(例如用于碳化物初晶相的碳)被包含于初始熔体中，同时避免现有技术中的缺点诸如断裂。本专利技术另一优点在于可允许较宽铸造温度范围，这在实际操作中非常有利。当不添加微粒物质时，熔体通常必须在较窄温度范围内浇注，以便保证达到所需物理性能，例如在不大于液相线以上15℃，这样窄的温度范围在铸造条件下很难达到。按照本专利技术通过添加微粒物质在浇注中所提供的冷却速度的增加可允许加宽浇注温度范围，例如就上述在液相线上15℃的温度范围来说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：凯文·F·多尔曼，克雷格·I·沃克，查尔斯·P·哈里斯，安德鲁·W·汤姆森，
申请(专利权)人：沃曼国际有限公司，
类型：发明
国别省市：