專(zhuān)利名稱(chēng)：真空壓鑄件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)越的鋁合金真空壓鑄件及制造方法，特別是涉及具有高強(qiáng)度及高韌性的適用于運(yùn)輸機(jī)械的鋁合金真空壓鑄件及制造方法。
背景技術(shù)：
壓鑄是一種通過(guò)高速、高壓地向金屬模具型腔內(nèi)填充熔融金屬而制造鑄件的技術(shù)，與其它鑄造方法相比，具有尺寸精度高、鑄造產(chǎn)品表面美觀、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。但是，具有如下的問(wèn)題，即由于金屬熔液的高速填充而使周?chē)鷼怏w被卷進(jìn)熔液中，鑄件內(nèi)部存在大量充滿氣體的氣泡、或存在有由氣體與金屬的反應(yīng)生成的氧化物等雜質(zhì)。這些缺陷不僅降低了鑄件的機(jī)械強(qiáng)度，特別是填充有氣體的氣泡在熱處理或焊接時(shí)由于內(nèi)部氣體膨脹而成為氣孔，使機(jī)械強(qiáng)度顯著降低。即，限制了壓鑄件作為構(gòu)造用部件的適用范圍。
壓鑄件內(nèi)存在的氣體中，除了含有大氣成分以外，也含有柱塞用潤(rùn)滑劑或金屬模具用脫模劑的燃燒氣體等。為了降低這些氣體的卷入，對(duì)金屬模具型腔內(nèi)減壓進(jìn)行鑄造的真空壓鑄方法已經(jīng)實(shí)用化了。
作為將金屬模具型腔內(nèi)減壓并在射出套筒內(nèi)填充熔液的真空壓鑄裝置，有如特開(kāi)平6-126415號(hào)所公開(kāi)的真空壓鑄裝置。該裝置具有安裝在固定壓板上的固定模、和固定模一起形成型腔的可動(dòng)模、與型腔連通的射出套筒、在射出套筒內(nèi)前后移動(dòng)的柱塞、位于射出套筒下方并收容熔液的保持爐、一端與射出套筒的進(jìn)液口連接而另一端沒(méi)入保持爐內(nèi)的熔液的給液管、將型腔內(nèi)減壓至真空狀態(tài)并將保持爐內(nèi)的熔液經(jīng)給液管填充到射出套筒內(nèi)的減壓機(jī)構(gòu)。
但是，即使是使用該真空壓鑄裝置的真空壓鑄法，能夠降低內(nèi)部殘存氣體，但仍不能使殘存氣體完全消失。這是因?yàn)椋?1)工業(yè)上想使金屬模具型腔呈完全真空狀態(tài)是困難的；(2)完全消除由脫模劑和潤(rùn)滑劑產(chǎn)生的氣體是困難的。
特別是鋁合金真空壓鑄的場(chǎng)合，為了提高其機(jī)械特性，(a)熔化在熔液中的氫在凝固時(shí)被排出，防止鑄件上形成氣孔；(b)為了防止由氫導(dǎo)致的脆化，從熔液中除去氫；(c)為了抑制氧化物等雜質(zhì)生成，除去氧等非常重要。特別是若鋁合金鑄件中存在氧化膜或雜質(zhì)的場(chǎng)合，鑄件端部周邊應(yīng)力集中系數(shù)大，由于應(yīng)力集中產(chǎn)生龜裂，鑄件的韌性大大降低。
以往的鋁合金真空壓鑄中多采用硅酮系乳膠型脫模劑。硅酮系乳膠型脫模劑是以水為介質(zhì)，通過(guò)乳化劑將變性硅酮油乳化而形成的。但是，乳膠型脫模劑不僅鑄件中殘存的氣體總量多，而且殘存氣體的30％以上為H2、C2H6、CH4等。特別是由于H2氣體比CO2氣體的含量多，熱處理或焊接時(shí)存在鑄件脆化的問(wèn)題。
理由如下。即，金屬模具型腔為300℃左右，即使使用水性脫模劑而水分幾乎全部蒸發(fā)，但是由于涂敷量大，固定模和可動(dòng)模配合面處會(huì)附著有相當(dāng)數(shù)量的脫模劑。配合面處的表面溫度低，所以，脫模劑中的水分不全部蒸發(fā)，而殘留下來(lái)。因此，合模后即使進(jìn)行減壓，脫模劑從固定模和可動(dòng)模間隙流入型腔，繼續(xù)蒸發(fā)。即使模具鑲塊深處的可動(dòng)部分附著水性脫模劑，也會(huì)產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象。這樣，不僅是型腔內(nèi)真空度不減低，產(chǎn)生的氫氣的量也增加。
由于氣體的卷入易在金屬模具型腔的表面附近發(fā)生，含氣體的氣孔多分布在鑄件的表面附近。對(duì)具有這樣的含氣體氣孔的逐漸進(jìn)行熱處理或焊接時(shí)，氣孔中的氣體膨脹，成為氣孔或稱(chēng)氣泡從鑄件表面突出膨脹，氣泡被加上載荷時(shí)，有成為龜裂和破斷起點(diǎn)的危險(xiǎn)。
被氣孔密閉的氣體是氫氣的場(chǎng)合，熱處理或焊接時(shí)被鑄件吸收，成為鑄件劣化的原因。因此，不僅需要降低真空壓鑄時(shí)氣體的卷入，而且需要降低被卷入氣體中的氫氣的含量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種不僅含殘留氣體的氣泡少、而且氣泡內(nèi)氣體中氫氣的含量低、因而適合用在運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件等上的真空壓鑄件。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠可靠地制造上述真空壓鑄件的制造方法。
為達(dá)到上述目的而進(jìn)行銳意研究的結(jié)果，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，通過(guò)不僅降低真空壓鑄時(shí)被吸卷進(jìn)熔液中的氣體量，且使用氫氣發(fā)生量少的脫模劑，能夠獲得即使是熱處理或焊接也不會(huì)產(chǎn)生氣泡或引起氫脆等問(wèn)題的鑄件。
即，本發(fā)明的鋁合金真空壓鑄件，其特征在于殘存在氣泡中的氣體，在通過(guò)鑄件的熔化而被釋放后，由氣體色譜儀進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該氣體成分中H2氣體比CO2氣體的含量少。
最好真空壓鑄件中殘存氣體總量的50％以上是CO2氣體。殘存氣體總量無(wú)論在什么位置都希望在20cm3/100g以下，就上述鑄件整體平均計(jì)算希望在10cm3/100g以下。
最好就鑄件整體平均計(jì)算，殘存氣體中的CO2氣體量在9cm3/100g以下。且最好就鑄件整體平均計(jì)算，H2氣體、CH4氣體及C2H6氣體的合計(jì)量在5cm3/100g以下。
最好殘存氣體中H2氣體的比例在15％以下，在10％以下更好。而且，最好CH4氣體、C2H6氣體及CO氣體的合計(jì)量以鑄件整體平均計(jì)算在20％以下。
本發(fā)明的真空壓鑄件最好用在運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件上。
本發(fā)明的真空壓鑄件的制造方法是，通過(guò)將金屬模具型腔內(nèi)減壓而使鋁合金熔液填充進(jìn)射出套筒內(nèi)后，使嵌合在射出套筒內(nèi)的柱塞前進(jìn)，將射出套筒內(nèi)的熔液填充入金屬模具型腔內(nèi)，從而制造真空壓鑄件，其特征在于在金屬模具型腔上涂敷作為脫模劑的實(shí)質(zhì)上不含水分的化學(xué)合成油后進(jìn)行鑄造，以使殘存在真空壓鑄件的氣泡中的氣體，在通過(guò)鑄件的熔化而被釋放后，由氣體色譜儀進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該氣體成分中H2氣體比CO2氣體的含量少。
最好化學(xué)合成油中含質(zhì)量70％以上且動(dòng)粘度為200×10-2m2/s以下的硅酮油。且最好在射出套筒內(nèi)涂敷實(shí)質(zhì)上不含水分的潤(rùn)滑劑。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明使用的真空壓鑄裝置(開(kāi)模狀態(tài))的一例的概略截面圖。
圖2是說(shuō)明圖1的真空壓鑄裝置合模后、向射出套筒內(nèi)填裝鋁合金熔液的狀態(tài)的概略截面圖。
圖3是將合模后的真空壓鑄裝置的柱塞押入射出套筒、將鋁合金熔液注入到金屬模具型腔內(nèi)的狀態(tài)的概略截面圖。
圖4是表示從送液開(kāi)始到射出結(jié)束為止的金屬模具型腔內(nèi)的真空度的曲線圖。
圖5是表示本發(fā)明的一例真空壓鑄件的概略斜視圖。
圖6是表示一例有真空狀縮孔的真空壓鑄件的金屬組織的顯微鏡照片。
圖7是表示殘存有氣體空隙的真空壓鑄件的金屬組織的顯微鏡照片。
圖8是表示殘存有氣體的空隙因熱處理而呈氣泡狀態(tài)的金屬組織的顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式真空壓鑄件真空壓鑄件中的殘存氣體的總量不僅與鑄造工藝有關(guān)，也依存于鑄件的形狀。例如，如果作成簡(jiǎn)單的平板形狀的話，能夠降低殘存氣體的總量，但是，如果希望獲得形狀復(fù)雜的壓鑄件，僅從殘存氣體的總量來(lái)判斷鑄造工藝是否最佳是困難的。也就是說(shuō)，不僅從殘存氣體總量的多少，還要從殘存氣體中CO2氣體與H2氣體的比例來(lái)判斷真空壓鑄件的優(yōu)劣十分重要。
對(duì)于脫模劑和潤(rùn)滑劑熱分解產(chǎn)生的殘存氣體的總量及組成，如果不將鑄件氣泡中殘存氣體釋放出來(lái)就無(wú)法測(cè)定，但是，為了完全釋放殘存氣體就必須熔化鑄件。但是，鋁合金熔液與氧氣或水蒸氣等反應(yīng)，生成氧化鋁，不僅消耗氧氣而且還原水蒸氣成氫氣，所以，鑄件熔化釋放的殘存氣體的總量及組成與鑄件中存在的氣體的總量及組成并不完全一致。因此，本說(shuō)明書(shū)中單講“殘存氣體的總量及組成”的場(chǎng)合，如果非特別說(shuō)明，表示的是鑄件熔化釋放出的殘存氣體的總量及組成。
具體來(lái)說(shuō)，減壓至4×10-3kPa的氬氣環(huán)境中以700℃熔化鑄件，產(chǎn)生的氣體由50ml/min流量的氬氣攜帶，流入氣相色譜分析裝置(GC-8AIT、島津制作所(株)制)的并列分流柱，進(jìn)行氣相色譜分析。分析時(shí)間為15秒。殘存氣體的總量及組成如果非特別說(shuō)明，就用上述條件進(jìn)行測(cè)定。
殘存氣體在鑄件中的分布是不均勻的，因部位不同而不同。具體地講，有鑄件澆口附近的殘存氣體總量少且殘存氣體中CO2氣體的比例高、離澆口最遠(yuǎn)處(真空泵側(cè))殘存氣體總量多且殘存氣體中CO2氣體的比例低的傾向。因此，需要在澆口附近、離澆口最遠(yuǎn)處以及途中的3～10個(gè)位置進(jìn)行試驗(yàn)片采樣，測(cè)定各試驗(yàn)片上殘存氣體的量與組成，求各位置測(cè)量值及其平均值。
就殘存氣體的總量而言，希望總量最多的澆口附近為20cm3/100g以下，整個(gè)鑄件平均最好在10cm3/100g以下。殘存氣體總量超過(guò)這些上限值的話，鑄件熱處理及焊接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)氣泡，不僅外觀不好，而且引起機(jī)械強(qiáng)度降低。殘存氣體的總量平均在8.0cm3/100g以下更好。而且，氣體量與氣體的種類(lèi)無(wú)關(guān)，如果非特別說(shuō)明，指的是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃、1氣壓)的量。
CO2氣體的量的上限就整個(gè)鑄件平均來(lái)說(shuō)最好為9cm3/100g。CO2氣體的量的下限不限定，多數(shù)的情況，就整個(gè)鑄件平均來(lái)說(shuō)最好為2.5cm3左右。CO氣體在真空壓鑄這樣高速填充的場(chǎng)合，呈10μm以下非常細(xì)小的氣泡分散在鑄件中。這樣的氣泡呈球狀，因而應(yīng)力集中系數(shù)小，應(yīng)力集中也很小。
其它氣體(CH4、C2H6和H2)的合計(jì)量就整個(gè)鑄件平均來(lái)說(shuō)最好為5cm3/100g以下。N2氣體為惰性氣體，但是為了防止氣泡，就整個(gè)鑄件平均來(lái)說(shuō)最好為7cm3/100g以下，1cm3/100g以下更好。N2氣體超過(guò)7cm3/100g的話，對(duì)金屬模具型腔的減壓不利。
殘存氣體的組成中H2氣體比CO2氣體的含量少是必要的。最好殘存氣體總量的50％以上是CO2氣體。如果滿足上述條件，氣泡中氣體的大部分為惰性，熱處理及焊接時(shí)鑄件就不會(huì)脆化。
H2氣體如果局部或平均超過(guò)了15％，氫脆造成鑄件機(jī)械強(qiáng)度急劇下降，因此，相對(duì)殘存氣體的總量而言，H2氣體的含量最好為15％以下，10％以下更好。而且，為了降低殘存氣體總量獲得穩(wěn)定的機(jī)械強(qiáng)度，脫模劑的分解生成物CH4、C2H6及CO最好盡可能地少。具體來(lái)說(shuō)，CH4、C2H6及CO的合計(jì)量在殘存氣體的總量中最好占20％以下。
真空壓鑄法(1)脫模劑本發(fā)明中，作為氣體產(chǎn)生源的脫模劑使用實(shí)質(zhì)上不含水分的化學(xué)合成油。該非水系脫模劑與以往的水性乳膠型脫模劑相比，涂敷量顯著減少，所以能夠減少所獲得的真空壓鑄件的殘存氣體量。
作為實(shí)質(zhì)上不含水分的化學(xué)合成油，最好是例如含70質(zhì)量％以上的硅酮油、其余部分最好是聚烯烴或石蠟等。硅酮油最好是二甲基硅酮油、α-烯烴變性硅酮油、α-甲基苯乙烯基硅酮油、甲基苯基硅酮油、烷基烯丙基變性硅酮油、甲基氫硅酮油等。而且，作為聚烯烴，例如有低分子量的聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯-1、聚4-甲基戊烯-1等。優(yōu)選聚烯烴根據(jù)需要而通過(guò)氧化反應(yīng)降低分子量，且改善與硅酮油的相溶性。上述成分含碳量多，分解產(chǎn)生的氣體中CO2氣體所占比例增加。
考慮到向金屬模具型腔表面噴霧，化學(xué)合成油40℃下的動(dòng)粘度為200×10-6m2/s(200cSt)以下，優(yōu)選100×10-6m2/s(100cSt)以下，更優(yōu)選50×10-6m2/s(50cSt)以下。本說(shuō)明書(shū)中所述的動(dòng)粘度用田中科學(xué)機(jī)器制作所(株)的AKV-201，基于JISK2283標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。動(dòng)粘度一旦超過(guò)200×10-6m2/s，用做脫模劑時(shí)就無(wú)法均勻地涂敷在金屬模具型腔表面，單位面積的涂敷量增加。其結(jié)果是，由于熔液而揮發(fā)的氣體總量就會(huì)超過(guò)10cm3/100g。而且，如果使用動(dòng)粘度在上述范圍內(nèi)的脫模劑，在可動(dòng)模與固定模的合模面上涂敷的脫模劑在合模時(shí)將塞滿可動(dòng)模與固定模間的間隙，防止外部氣體侵入型腔內(nèi)，達(dá)到提高金屬模具型腔內(nèi)真空度的作用。
作為加入到化學(xué)合成油中的添加劑，可舉出界面活性劑、防腐劑、防銹劑、潤(rùn)滑劑、粘度調(diào)節(jié)劑等。為了不損害化學(xué)合成油的機(jī)能，上述添加劑的量最好在化學(xué)合成油總質(zhì)量的3％以下。
為了將脫模劑薄而均勻地涂敷在金屬模具型腔表面，脫模劑最好進(jìn)行噴霧涂敷方法。因此，最好不使用石墨、云母、滑石、高嶺土、氮化硼、氟化石墨等的粉末，或粒徑及添加量最好不妨害噴霧。
(2)潤(rùn)滑劑為了保持套筒和柱塞的潤(rùn)滑性，最好使用不含水分的粉末狀潤(rùn)滑劑。例如，優(yōu)選將PbO等金屬氧化物、二硫化鉬、二硫化鎢等硫化物、陶瓷、石墨、高分子化合物添加適量到石蠟或蠟之中，作成0.1～2mm程度的粒狀粉末。
(3)鋁合金本發(fā)明可利用的鋁合金沒(méi)有特殊的限制，可舉出Al-Si-Cu、Al-Si-Mg、Al-Mg等鋁合金，例如ADC3、ADC5、ADC10、ADC12等。例如，可使用按質(zhì)量計(jì)由5～20％的Si、1％以下的Mg、10％以下的Cu、1％以下的Ti、1％以下的Fe、1％以下的Mn、其它是Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋁合金，或由2％以下的Si、1％以下的Mg、10％以下的Cu、1％以下的Ti、1％以下的Fe、1％以下的Mn、其它是Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋁合金。
鋁合金熔液中存在的氫可通過(guò)脫氣處理降低到0.2cm3/100g以下。鋁合金熔液中存在的氧和碳的量在0.1cm3/100g以下。
(4)真空壓鑄裝置及金屬模具型腔的減壓金屬模具型腔的減壓充分的話，鑄件中殘留的氣體中幾乎不含氮?dú)狻Ｒ虼?，金屬模具型腔的減壓度最好如下所述。
真空壓鑄裝置10擁有固定壓板16a上安裝的固定模16c、可動(dòng)壓板16b上安裝的可動(dòng)模16d、為了與由固定模16c和可動(dòng)模16d形成的型腔16連通而安裝在固定模16c上的射出套筒11、在射出套筒11內(nèi)前后移動(dòng)的柱塞12、位于射出套筒11下方并收容鋁合金熔液M的保持爐13、一端與射出套筒11上形成的進(jìn)液口11a連接而另一端14a沒(méi)入保持爐13內(nèi)的熔液M中的給液管14、與型腔16連通的截止閥18a、經(jīng)泵18b與型腔16連通且使型腔16內(nèi)減壓至真空狀態(tài)而將保持爐13內(nèi)的熔液M吸進(jìn)射出套筒11內(nèi)的真空泵18。
保持爐13搭載在升降臺(tái)15上，通過(guò)升降臺(tái)15的上下升降而將熔液M的液面保持一定。為了防止給液管14與熔液M反應(yīng)，給液管14采用實(shí)施了BN涂層的陶瓷制造，其下端14a呈噴管(orifice)狀。給液管14外裹加熱器(未圖示)，保持給液管14的溫度接近熔液M的溫度。
如圖1所示，真空壓鑄裝置10擁有向金屬模具型腔16上涂敷由不含水分的化學(xué)合成油構(gòu)成的脫模劑的裝置20、向套筒11涂敷非水系潤(rùn)滑劑的裝置30。脫模劑的涂敷裝置20具備在臂22前端具備霧狀噴涂脫模劑的噴嘴21，以可動(dòng)模16d從固定模16c打開(kāi)的狀態(tài)向金屬模具型腔16的表面霧狀噴涂脫模劑。脫模劑的每次使用量相對(duì)金屬模具型腔16表面積最好為0.3～0.5g/m2，更優(yōu)選1.0～25g/m2。潤(rùn)滑劑的噴霧裝置30擁有在開(kāi)模時(shí)從套筒11的金屬模具型腔側(cè)的開(kāi)口部霧狀噴涂粉末狀潤(rùn)滑劑31的噴嘴32。潤(rùn)滑劑的每次使用量相對(duì)套筒11的內(nèi)周表面積最好為0.3～30g/m2，更優(yōu)選0.5～20g/m2。
如圖4所示，固定模16c與可動(dòng)模16d合模狀態(tài)下，型腔16內(nèi)減壓至真空狀態(tài)(例如50kPa以下，優(yōu)選是20kPa以下，更優(yōu)選10kPa以下，特別優(yōu)選5kPa以下)。由于型腔16內(nèi)減壓，射出套筒11內(nèi)也被減壓，保持爐13內(nèi)的熔液M經(jīng)給液管14被裝填入射出套筒11內(nèi)(圖2)。型腔16內(nèi)排氣2～10秒后，柱塞12押入射出套筒11內(nèi)，熔液M被填充進(jìn)型腔16(圖3)。射出后使柱塞12后退，同時(shí)，可動(dòng)模16d從固定模16c分離，從型腔16取出凝固了的鑄件。
由于能夠利用真空壓鑄裝置10使熔液M不與大氣接觸而進(jìn)行鑄造，所以，降低了熔液M的氧化和氣體的卷入。真空壓鑄結(jié)束后，在再度開(kāi)模的固定模16c與可動(dòng)模16d的型腔表面上霧狀噴涂脫模劑，同時(shí)向套筒11的內(nèi)表面霧狀噴涂潤(rùn)滑劑。通過(guò)重復(fù)上述操作，制造所希望的數(shù)量的真空壓鑄件。
用途采用本發(fā)明的真空壓鑄方法所獲得的鑄件，不僅殘存氣體量少，而且成為熱處理及焊接時(shí)脆化根源的氫氣的比例小，因此，熱處理及焊接時(shí)產(chǎn)生氣泡的危險(xiǎn)減小，且也不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械強(qiáng)度低下的現(xiàn)象。而且，本發(fā)明的真空壓鑄件中成為導(dǎo)致韌性降低的主要原因的氧化物或雜質(zhì)的含量也小。因此，能夠用在要求高強(qiáng)度及高韌性的運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件上。
通過(guò)以下實(shí)施例更詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，但是，本發(fā)明的使用并不僅限于這些實(shí)施例。
實(shí)施例1使用擁有圖1～3中所示結(jié)構(gòu)的1000噸的壓鑄裝置，對(duì)按質(zhì)量計(jì)含9.3％的Si、0.5％的Mg、0.9％的Fe、0.1％的Mn、0.05％的Cu、0.07％的Ni和0.2％的Zn的鋁合金(ASTM B85的A360)進(jìn)行真空壓鑄，制造了圖5所示的雪上汽車(chē)用座席零件40。壓鑄后的熔液的澆注溫度為670℃，熔液的澆注速度在高速時(shí)為20～40m/秒。
脫模劑是向在220℃熔化了的無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯中吹入空氣使其發(fā)生氧化反應(yīng)后，然后將其冷卻至100℃，并與硅酮油[Wacker-Chemie GMBH制Wacker TN]完全攪拌混合而成的物質(zhì)。在該混合物中加入了少量的殺菌劑。各成分的添加量為硅酮油占總質(zhì)量的85％、無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯占14.9％、殺菌劑占0.1％。該脫模劑在40℃時(shí)的動(dòng)粘度為5×10-6m2/s～1.0×10-4m2/s(5～100cSt)。該脫模劑以每次2.5g/m2的量呈霧狀噴涂在金屬模具型腔16的表面。
作為粉末狀潤(rùn)滑劑，將含有滑石、天然石墨及合成石蠟的アストロルブGW-23(花野商事株式會(huì)社制)以每次1.5g/m2的量呈霧狀噴涂在套筒11的內(nèi)圓周表面16上。
圖4所示的減壓條件下得到的真空壓鑄件從金屬模具取出，將鑄件澆口附近部分P1、閥18a附近部分P2及中央部分P3切出試驗(yàn)片，使各試驗(yàn)片在減壓至4×10-3kPa的真空密閉空間內(nèi)的氬氣環(huán)境內(nèi)在700℃熔化，所產(chǎn)生的氣體由流量50ml/min的氬氣攜帶，流入氣相色譜分析裝置(GC-8AIT、島津制作所(株)制)的并列分流柱，由氣相色譜分析裝置在15秒內(nèi)測(cè)定氣體的總量和組成。鑄件澆口附近部分P1及閥附近部分P2處殘存的氣體總量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))及組成、以及殘存的氣體總量(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))及組成的平均值Pa如表1所示。
根據(jù)JIS標(biāo)準(zhǔn)(JIS Z 2241)，對(duì)從同樣制造的真空壓鑄件的澆口附近部分P1處切出的寬6.5mm、厚3mm及長(zhǎng)度100mm的板狀試驗(yàn)片以25mm為標(biāo)距測(cè)定了其抗拉強(qiáng)度、0.2％屈服強(qiáng)度及延伸率。結(jié)果如表2示。
比較例1除了脫模劑使用硅酮油乳劑[商品號(hào)TSM6352、GE東芝シリコ一ン(株)制]以外，其它與實(shí)施例1相同，進(jìn)行了真空壓鑄。該硅酮油乳劑由占質(zhì)量15％的變性硅酮油、2.0％的乳化聚丙烯、0.3％的環(huán)氧化化乙醇乳化劑、2.0％的防腐劑、其余是水組成。該硅酮油乳劑再由40倍的水稀釋?zhuān)悦看?00g/m2的量呈霧狀噴涂在金屬模具型腔表面上。
對(duì)從得到的鑄件澆口附近部分P1處切出的試驗(yàn)片進(jìn)行與實(shí)施例1相同的測(cè)定。結(jié)果如表1和2所示。比較例1的鑄件中殘存的氣體為8.8cm3/100g，不僅比實(shí)施例1多，而且，其組成中也含有大量的H2氣體、C2H6氣體及CH4氣體。這是由于使用了水性脫模劑的緣故。比較例1的鑄件的機(jī)械強(qiáng)度比實(shí)施例1的鑄件低。
實(shí)施例2為了使殘存氣體量增至與比較例1近乎同樣的多，將化學(xué)合成油系脫模劑的量增加至4.5g/m2，其它與實(shí)施例1相同，制作真空壓鑄件，調(diào)查殘存氣體的組成與鑄件的機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)系。從鑄件澆口附近部分P1處切出的試驗(yàn)片中的殘存氣體量是7.7cm3/100g。進(jìn)行與實(shí)施例1相同的測(cè)定，所獲得的殘存氣體的組成及機(jī)械強(qiáng)度由表1及2所示。從表1及2可以看出，盡管殘存氣體量與比較例1幾乎相等，但是機(jī)械強(qiáng)度比比較例1明顯改善。
實(shí)施例3制造比實(shí)施例1形狀更復(fù)雜的真空壓鑄件，以和實(shí)施例1同樣的方法測(cè)定殘存氣體的總量和組成。結(jié)果如表1示。殘存氣體總量被抑制至7.1cm3/100g，且H2氣體比CO2氣體的含量少。而且，與實(shí)施例1不同的是，殘存氣體幾乎都是氮?dú)?。這是因?yàn)椋浣饘倌＞咝颓恍螤畋葘?shí)施例1更復(fù)雜，型腔中的真空度約25kPa，排氣不充分所致。
比較例2采用向套筒內(nèi)供給熔液后減壓的以往的真空壓鑄方法，制造與實(shí)施例1相同形狀的鑄件，之后測(cè)定殘存氣體的總量、組成及其機(jī)械性能。首先，將和實(shí)施例1相同的鋁合金熔液直接澆注到射出套筒內(nèi)，射出套筒密閉后供給惰性氣體及和實(shí)施例1用過(guò)的脫模劑相同的脫模劑，然后給射出套筒如下減壓。之后，使柱塞前進(jìn)，將熔液填充進(jìn)金屬模具型腔。循環(huán)時(shí)間與所獲得的真空壓鑄件的澆口附近部分P1的殘存氣體的總量、組成及機(jī)械強(qiáng)度如實(shí)施例1一樣進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果如表1和2示。比較例2中因向套筒內(nèi)澆注后對(duì)金屬模具型腔內(nèi)減壓，故減壓時(shí)間縮短。所以，套筒內(nèi)排氣不充分，氮?dú)夂蜌錃饬吭黾?。殘存氣體量為21.75cm3/100g。比較例2的鑄件的機(jī)械強(qiáng)度非常低。
表1

注(1)單位cm3/100g(2)Pa平均值P1澆口附近部分P2真空泵附近部分表2

實(shí)施例4將實(shí)施例1中制作的真空壓鑄件放置在大氣環(huán)境500℃的熱處理爐中4個(gè)小時(shí)后，投入60℃的溫水中，進(jìn)行固熔化處理(T6處理)。接著，對(duì)鑄件以150℃進(jìn)行2小時(shí)的時(shí)效處理。這樣熱處理后的鑄件表面沒(méi)有產(chǎn)生氣泡。這是因?yàn)榭s孔內(nèi)部幾乎都是真空，縮孔不因熱處理膨脹的緣故。
從熱處理后的鑄件切出試驗(yàn)片，調(diào)查鑄件內(nèi)部的空隙。圖6是表示鑄件金屬組織的顯微鏡照片，圖6中央深色部分是空隙。幾乎所有空隙都是鋁合金熔液凝固收縮時(shí)產(chǎn)生的縮孔?？s孔具有光滑的形狀，且都是真空，不會(huì)成為導(dǎo)致機(jī)械強(qiáng)度降低的原因。
為了調(diào)查是否因熱處理產(chǎn)生氣泡，測(cè)定熱處理鑄件的體積膨脹率系數(shù)。結(jié)果如表3示。從熱處理后體積膨脹率系數(shù)小這一現(xiàn)象可知，含有成為氣泡的殘存氣體的氣泡少。而且，在實(shí)施例1的鑄件上焊接時(shí)也沒(méi)有發(fā)生氣泡。從上述結(jié)果可知，實(shí)施例1的鑄件強(qiáng)度的不均勻明顯很小。
比較例3和實(shí)施例4一樣，對(duì)比較例1的鑄件進(jìn)行熱處理，測(cè)定氣泡的有無(wú)及體積膨脹率。結(jié)果如表3示。而且，該鑄件的金屬組織如圖7示。從圖7可知，幾乎所有的空隙都含有殘存氣體，大約呈顆粒狀。因此，如圖8所示，熱處理后的鑄件有氣泡。這樣的鑄件無(wú)法滿足在運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件那樣承受激烈振動(dòng)的條件下使用所必要的機(jī)械強(qiáng)度。而且，在比較例1的鑄件上進(jìn)行焊接時(shí)，產(chǎn)生了氣泡。
比較例4和實(shí)施例4一樣，對(duì)比較例2的鑄件進(jìn)行熱處理，測(cè)定氣泡的有無(wú)及體積膨脹率。結(jié)果如表3示。比較例4比比較例3發(fā)生的氣泡多。
表3

產(chǎn)業(yè)上利用的可能性如上詳細(xì)說(shuō)明的那樣，采用本發(fā)明，能夠得到不僅殘存氣體量少，而且降低了殘存氣體中氫氣含量的鋁合金真空壓鑄件。這樣的真空壓鑄件適合于在要求高強(qiáng)度和高韌性的運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件上使用。
權(quán)利要求
1.一種真空壓鑄件，是鋁合金的真空壓鑄件，其特征在于殘存在上述真空壓鑄件的氣泡中的氣體，在通過(guò)上述鑄件的熔化而被釋放后，由氣體色譜儀進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該氣體成分中H2氣體比CO2氣體的含量少。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空壓鑄件，其特征在于上述殘存氣體總量的50％以上為CO2氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空壓鑄件，其特征在于上述殘存氣體總量無(wú)論在什么位置都為20cm3/100g以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于就上述鑄件整體平均計(jì)算，上述殘存氣體總量為10cm3/100g以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1～4中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于就上述鑄件整體平均計(jì)算，上述殘存氣體中的CO2氣體量為9cm3/100g以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于就上述鑄件整體平均計(jì)算，H2氣體、CH4氣體及C2H6氣體的合計(jì)量為5cm3/100g以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1～6中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于上述殘存氣體中H2氣體的比例為15％以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的真空壓鑄件，其特征在于上述殘存氣體中H2氣體的比例為10％以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于相對(duì)上述殘存氣體的總量來(lái)說(shuō)，CH4氣體、C2H6氣體及CO氣體的合計(jì)量以鑄件整體平均計(jì)算為20％以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任何一項(xiàng)所述的真空壓鑄件，其特征在于用在運(yùn)輸機(jī)器的腳部件或車(chē)體構(gòu)成部件上。
11.一種真空壓鑄件制造方法，通過(guò)將金屬模具型腔內(nèi)減壓而使鋁合金熔液填充進(jìn)射出套筒內(nèi)后，使嵌合在上述射出套筒內(nèi)的柱塞前進(jìn)，將上述射出套筒內(nèi)的熔液填充入上述金屬模具型腔內(nèi)，從而制造真空壓鑄件，其特征在于在上述金屬模具型腔上涂敷作為脫模劑的實(shí)質(zhì)上不含水分的化學(xué)合成油后進(jìn)行鑄造，以使殘存在上述真空壓鑄件的氣泡中的氣體，在通過(guò)上述鑄件的熔化而被釋放后，由氣體色譜儀進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該氣體成分中H2氣體比CO2氣體的含量少。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的真空壓鑄件制造方法，其特征在于上述化學(xué)合成油中含質(zhì)量70％以上且動(dòng)粘度為200×10-2m2/s以下的硅酮油。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的真空壓鑄件制造方法，其特征在于在上述射出套筒內(nèi)涂敷實(shí)質(zhì)上不含水分的潤(rùn)滑劑。
全文摘要
一種鋁合金真空壓鑄件，殘存在真空壓鑄件的氣泡中的氣體，在通過(guò)鑄件的熔化而被釋放后，由氣體色譜儀進(jìn)行測(cè)定時(shí)，該氣體成分中H
文檔編號(hào)B22D17/20GK1732058SQ20038010738
公開(kāi)日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月24日
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