[发明专利]熔融材料的离心铸造的增强技术

说明书

本申请为申请日2014年3月4日，申请号201480002800.5，名称为“熔融材料的离心铸造的增强技术”的发明专利申请的分案申请。

相关申请案

本申请要求2013年3月11日提交的美国专利申请序列号13/792,929的优先权，并且要求2014年1月31日提交的美国专利申请序列号14/169,665的优先权，所述申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

技术领域

本公开一般涉及离心铸造的装备和技术。本公开更具体来说涉及金属材料的离心铸造的装备和技术。

背景技术

金属铸造一般包括将一定体积的熔融金属材料提供给静态或旋转模具，以及允许材料冷却以产生由模具成形的铸件。铸件可能以近净成形的形式被铸造或可能在随后的锻造或加工应用中被进一步修改以产生最终的组件。金属材料在从液体到固体的相变过程中收缩，这可能导致铸件包括不受控制的收缩孔隙，尤其导致难以铸造金属材料，例如基于钛铝(TiAl)的合金和其他TiAl材料。收缩孔隙是基本凝固力学所固有的，并且可能对微观结构以及铸件产量产生负面影响。一般来说，最小化内化孔隙可以通过处理技术(诸如热等静压(HIP))来处理。然而，不受控制的内部孔隙可能会导致影响铸件表面质量的表面失真，并且增加生产成本。当铸件被切开或与铸造组件分开时，不受控制的内部孔隙也可能被暴露。当孔隙被表面连接时，当前的处理技术可能不适合于许多铸造应用。例如，被设计成填充或封闭孔隙的表面处理技术可能无法保持铸件的连续性，这可能会不利地影响铸造材料的机械性能。材料去除技术(诸如加工去除外部孔隙)也可能降低铸件产量并且暴露额外的孔隙。

用于铸造各种金属材料(诸如基于钛铝的合金)的常规的铸造技术无法控制孔隙，使得远离铸件的表面和可能随后被切开的铸件的区域内化孔隙。例如，其他技术已经描述了使用一系列静态铸造和真空电弧重熔技术来制备钛铝部分。然而，这些静态铸造技术造成显著的孔隙，这无法使用HIP来去除。其他技术也已经描述了离心铸造技术，其用于制备在离心机达到转速之前需要将熔融材料提供给离心机的钛铝铸件。然而，如每个铸片对单独的加热方法和模具的要求可明显看出，冷却速率和凝固难以控制。尽管已经报告了各种其他离心铸造技术，但是没有一种能够充分控制收缩孔隙。

鉴于与用于铸造金属材料的常规的铸造技术(包括离心铸造技术)相关联的缺点，开发用于铸造金属材料的改进的技术将是有利的。

发明内容

根据本公开的一个方面，离心铸造装置的非限制性实施方案包括旋转总成，其被配置成围绕旋转轴旋转。旋转总成包括浇道室，其被定位成围绕旋转轴并且被构造成接收供给的熔融材料。第一浇口和第二浇口被定位成在离心力的大致方向上从浇道室接收熔融材料。第一型腔和第二型腔被堆叠，并且分别被定位成在离心力的大致方向上从第一浇口和第二浇口接收熔融材料。

根据本公开的另一方面，离心铸造模具的非限制性实施方案包括被配置成接收供给的熔融材料的前端面、后端面、第一型腔以及第二型腔。第一型腔和第二型腔各自从前端面朝向后端面延伸并且由侧壁和邻近模具的后端面的后壁限定。第一型腔和第二型腔被堆叠，并且被配置成在离心力的大致方向上接收熔融材料。模具被构造成差动隔离第一型腔和第二型腔，使得在后壁处从熔融材料的热量提取速率大于在侧壁处的热量提取速率以促进从后壁大致朝向离心力的大致方向的定向凝固。

根据本公开的另一方面，永久离心铸造模具的非限制性实施方案包括前端面，其被配置成接收供给的熔融材料；后端面；以及第一型腔，其从前端面朝向后端面延伸。第一型腔由侧壁和邻近模具的后端面的后壁限定。被限定在模具中的第一浇口被定位在前端面与第一型腔之间。

根据本公开的另一方面，一种生产金属材料的铸件的离心铸造方法包括定位旋转总成，其包括多个浇口和被定位成围绕浇道室的多个型腔，使得多个浇口和多个型腔被定位成在离心力的大致方向上从浇道室接收熔融金属材料。多个浇口中的每个耦合到多个型腔中的一个，并且多个型腔中的至少两个被堆叠。方法进一步包括使旋转总成旋转。方法进一步包括将供给的熔融金属材料输送到浇道室。

根据本公开的另一方面，一种装配离心铸造装置的方法包括将楔定位在旋转轴上。方法也包括将至少两个模具定位成与楔密封啮合，其中至少两个模具中的每个包括前端面并且限定从前端面延伸到模具中的至少两个型腔。方法进一步包括限定浇道室，其被构造成接收熔融材料，其中浇道室的至少一部分由至少两个模具的前端面的至少一部分限定。