專利名稱：半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法及鑄造用模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法和這樣的鑄造所用的鑄 造用模具。本申請基于2008年6月13日提出的日本專利申請第2008-155991號而主張其優(yōu) 先權(quán)，這里引用其內(nèi)容。
背景技術(shù)：
作為大量制造復(fù)雜形狀的金屬構(gòu)件的技術(shù)有壓鑄技術(shù)。此技術(shù)是將熔融的金屬壓 入模具中并使其凝固的技術(shù)，作為制造鋁系合金或鎂系合金等低熔點(diǎn)的金屬構(gòu)件的方法是 有效的。但是，在用壓鑄技術(shù)制造鐵系合金構(gòu)件方面，鐵系合金因熔點(diǎn)高、而且模具基材的 大多數(shù)采用相同的鐵系合金而不太被廣泛采用。近年來，隨著著眼于鐵的強(qiáng)度高而采用壓鑄技術(shù)由半熔融狀態(tài)的鑄鐵進(jìn)行制造的 方法的開發(fā)并實(shí)用化，希望開發(fā)具有充分的耐久性的模具。另一方面，以往為了提高以有色 金屬為中心的壓鑄成形或注射成形中使用的模具的耐久性，開發(fā)了各種技術(shù)。特別是在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種通過對模具表面實(shí)施氣體滲硫氮化處理，降 低模具表面對供給壓鑄或注射成形的鎂熔液的潤濕性，從而提高防止燒接及被成形物的脫 模性的技術(shù)。另外，在專利文獻(xiàn)2中，公開了一種在壓鑄模具的表面涂布由氟化物、硼化物、碳 化物、碳酸鹽等的粒子或油脂類、有機(jī)金屬構(gòu)成的被膜劑，然后干燥，從而形成具有氣孔的 被膜的方法。再者，在專利文獻(xiàn)3中，公開了一種將在含有硅酸鈉的水中分散有氧化物等的粉 末和鈦酸鉀等的纖維材料而形成的覆蓋材料涂布在鑄造用模具表面并使其干燥，然后實(shí)施 熟化熱處理而形成覆蓋層，從而提高模具的耐久性和鑄造品的脫模性的技術(shù)。鑄鐵在半熔融狀態(tài)下的溫度低于該鑄鐵的熔點(diǎn)，例如在C :2. 0%的鑄鐵的情況 下，大約為1200 1270°C左右，但與鋁合金及鎂合金的熔點(diǎn)相比為非常高的溫度。另外，模 具的材質(zhì)多為以SKD61為代表的模具鋼?；谏鲜龅臓顩r，模具暴露于非常容易發(fā)生磨損、 與被成形物的燒接、接觸時(shí)因熱沖擊造成的裂紋、在鑄鐵中的熔析等的環(huán)境下。事實(shí)上，通 常的低合金用壓鑄模具可耐1萬件以上成形品的制造，但對于目前的半熔融鑄鐵的壓鑄模 具，即使采用專利文獻(xiàn)1 3的技術(shù)，其限度也是與1000件左右的制造數(shù)相對應(yīng)的耐久性。 這樣，半熔融鑄鐵的壓鑄模具的壽命短，從而希望提高耐久性。專利文獻(xiàn)1 日本特開2004-114151號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開2001-23M43號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開平7-303933號公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述課題，其目的在于提供一種半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法及鑄造用模具，其在鐵系合金(亞共晶鑄鐵等)的觸變鑄造(半熔融成形 thixocasting)及流變鑄造(半凝固成形iehocasting)中，可防止模具的內(nèi)表面在高溫下 的磨損、成形金屬的燒接及侵蝕等的發(fā)生，而且脫模性良好，耐久性得以提高。為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明人對施加給模具的覆蓋材料(脫模劑)進(jìn)行了廣泛 的研究。由此發(fā)現(xiàn)以下所示的潤滑脫模劑對于提高用于以半熔融或半凝固狀態(tài)鑄造鐵系 合金的模具的耐久性具有較大的效果。本發(fā)明是基于上述的見解而完成的，其要旨如下(1) 一種半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其是鑄造半熔融或半凝固 狀態(tài)的鐵系合金的方法，其中，將使由二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中 的1種或2種以上構(gòu)成的粒子分散在溶劑中而形成的潤滑脫模劑涂布在模具的內(nèi)表面的一 部分或全部的最表面上，然后采用所述模具進(jìn)行鑄造。(2)根據(jù)上述(1)所述的半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其中，用金 屬或金屬陶瓷的噴涂、金屬的鍍覆、或者金屬氮化物或金屬碳氮化物的蒸鍍中的任1種以 上的被膜覆蓋所述模具的母材表面的一部分或整個(gè)表面，然后在該覆蓋面上涂布所述潤滑 脫模劑。(3)根據(jù)上述(1)或( 所述的半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其 中，所述潤滑脫模劑的溶劑是合成酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚丙烯酸的 水溶液、或在所述水溶液中添加有表面活性劑的水溶液。(4) 一種鑄造用模具，其用于鐵系合金的半熔融鑄造或半凝固鑄造，其中，在其內(nèi) 表面的一部分或全部的最表面上涂布有潤滑脫模劑，所述潤滑脫模劑是使由二硫化鉬、石 墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中的1種或2種以上構(gòu)成的粒子分散在溶劑中而形成 的。(5)根據(jù)上述(4)所述的鑄造用模具，其中，該鑄造用模具的母材表面的一部分或 整個(gè)表面用金屬或金屬陶瓷的噴涂、金屬的鍍覆、或者金屬氮化物或金屬碳氮化物的蒸鍍 中的任1種以上的被膜覆蓋，并且在該覆蓋面上涂布有所述潤滑脫模劑。(6)根據(jù)上述(4)或( 所述的鑄造用模具，其中，所述潤滑脫模劑的溶劑是合成 酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚丙烯酸的水溶液、或在所述水溶液中添加有 表面活性劑的水溶液。根據(jù)本發(fā)明，能夠提高模具的耐久性，能夠不進(jìn)行修復(fù)或修補(bǔ)而用1個(gè)模具制造 1 2萬件左右在其以上的成形品。另外，由于只在注射(shot)期間涂布潤滑脫模劑就可 發(fā)揮效果，因而能夠削減模具的修整或更換時(shí)間，從而能夠?qū)崿F(xiàn)制造效率的提高。因此，由 此能夠使鐵系合金成形品的質(zhì)量穩(wěn)定化，而且還能夠降低制造成本。


圖1是表示鐵系合金的半熔融或半凝固成形用模具的剖視圖。圖2是表示涂布在本發(fā)明的模具內(nèi)表面的潤滑脫模劑的涂布層的斷面的示意圖。圖3是表示涂布在本發(fā)明的另一實(shí)施方式的模具內(nèi)表面的潤滑脫模劑的涂布層 的斷面的示意圖。圖4是實(shí)施例1所用的評價(jià)裝置的立體圖。
圖5是表示實(shí)施例2的成形品的形狀的立體圖。符號說明1模具2柱塞(plunger)3注射口4澆口5內(nèi)腔6模具框7模具分型面8表面處理層9溶劑或其半干燥或半固化層10粒子11銷釘12圓盤13潤滑脫模劑涂布層
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。此外，在本說明書及附 圖中，對于實(shí)質(zhì)上具有同一功能構(gòu)成的構(gòu)成要素標(biāo)注同一符號而省略重復(fù)的說明。圖1是表示適用于本發(fā)明的鐵系合金的成形用模具的例子的剖視圖。圖中，符號1 為模具、符號2為柱塞、符號3為注射口、符號4為澆口、符號5為填充成形品的內(nèi)腔、符號 6為模具框。模具1被內(nèi)裝在模具框6內(nèi)，形成可在分型面7開閉的結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的成形中，在將鐵系合金的成形用材料加熱至半熔融或半凝固狀態(tài)后，裝 入注射口 3，用柱塞2通過澆口 4填充到內(nèi)腔5內(nèi)，之后立即在分型面7打開模具1，取出成 形品。關(guān)于模具母材的材質(zhì)，以SKD61所代表的模具鋼為首，適合釆用高速工具鋼、Cr耐 熱鋼、Ni-Cr耐熱鋼、耐熱鑄鋼、超硬合金、Inconel718等Ni合金、銅及Be銅、銅等銅α全口巫O在本發(fā)明中，通過在模具1的由注射口 3及內(nèi)腔5構(gòu)成的內(nèi)表面的一部分或全部 上涂布對鐵系合金具有耐燒接性、潤滑性、熱屏蔽性的潤滑脫模劑，可實(shí)現(xiàn)提高模具的耐久 性、脫模性，并維持制品精度。涂布在上述模具內(nèi)表面的潤滑脫模劑所適合的材質(zhì)及其特征如下
a)使由粒徑為2 200 μ m的二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中 的1種或多種構(gòu)成的粒子分散在溶劑中的材質(zhì)。這些粒子在潤滑脫模劑的成分中作為填充劑、潤滑劑及脫模劑發(fā)揮作用，可緩和 半熔融的成形材料與模具內(nèi)表面接觸所形成的熱沖擊，而且有助于半熔融基材的流動(dòng)所產(chǎn) 生的磨擦及磨損的降低、以及成形結(jié)束后的脫模性的提高。上述的材質(zhì)直到鐵系合金的半 熔融或半凝固區(qū)域的溫度(大多為1100°c 1400°C)，在短時(shí)間內(nèi)不會發(fā)生氧化或分解，可 發(fā)揮固體潤滑作用即降低磨擦及磨損的作用。在粒徑小于2 μ m時(shí)，不能使其均勻地分散在 溶劑中，此外不僅不能發(fā)揮作為填充劑形成穩(wěn)定的涂布膜的作用，而且熱沖擊的緩和作用 也不充分。另一方面，在粒徑大于200 μ m時(shí)，則沉淀于溶劑中，仍然不能均勻分散。另外，在 局部凝集時(shí)，還使得涂布膜的厚度不均勻，或表面粗糙度增大，從而使成形品的形狀精度降 低。b)作為潤滑脫模劑的溶劑，是動(dòng)粘度為5X 10_6 5X 10_4m2/s的合成酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚丙烯酸的水溶液、或在所述水溶液中添加有表面活性劑 的水溶液。作為溶劑的材質(zhì)，可采用油系和水系，但在油系中，礦物油因鐵系合金的成形溫度 高而伴隨有著火的危險(xiǎn)，因此適合采用引火點(diǎn)高、蒸發(fā)原料也少的合成酯油(多元醇酯等) 或硅油。另外，在水系中，適合采用聚乙二醇或聚丙烯酸，單獨(dú)或以水溶液的形式具有適度 的粘度，并且具有在暴露于高溫下時(shí)不突然沸騰而穩(wěn)定蒸發(fā)的特性。在粘度小于5X 10_6m2/ s時(shí)，對模具內(nèi)表面的粘附力減弱，此外因蒸發(fā)過快而不能穩(wěn)定地涂布。另外，在粘度高于 5X10-4m2/s時(shí)，難以使上述a)中所述的粒子均勻分散，且在涂布時(shí)發(fā)生膜厚不均勻或下垂 等，不能適用于模具。此外，本發(fā)明中的動(dòng)粘度為在40°C下測定的值。另外，為了達(dá)到上述 動(dòng)粘度的范圍，在設(shè)定為水溶液的情況下，優(yōu)選將合成酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚 乙二醇或聚丙烯酸設(shè)定為為70質(zhì)量％以上的濃度。再者，當(dāng)在該水溶液中添加表面活性劑 時(shí)，表面活性劑的種類及添加量沒有特別的限定，但從提高固體粒子的分散性的觀點(diǎn)出發(fā)， 優(yōu)選非離子系的表面活性劑(例如，萘磺酸鹽等)，其添加量優(yōu)選相對于水設(shè)定為0. 1質(zhì) 量％左右。使上述a)中所述的粒子分散在b)中所述的溶劑中，從而形成潤滑脫模劑。粒子 在溶劑中的配合量因粒徑、溶劑粘度的變化而變化，但可以在1 90體積％的寬范圍內(nèi)配 合。涂布有這樣配合的潤滑脫模劑的被膜的膜厚因粒徑的變化而變化，但優(yōu)選為5μπι 150 μ m。潤滑脫模劑可在壓鑄成形的注射期間，于短時(shí)間內(nèi)通過噴涂或刷涂等涂布在模具 內(nèi)表面上。也可以在涂布后進(jìn)行干燥，但在大多數(shù)情況下，借助于壓鑄成形的余熱，能夠以 幾秒 幾十秒的半干燥狀態(tài)沒有問題地進(jìn)行下次成形。如上所述，上述b)的溶劑由于即使 在鐵系合金的半熔融成形時(shí)的高溫下也穩(wěn)定地蒸發(fā)，因此在作業(yè)中沒有伴隨危險(xiǎn)的障礙， 成形品的質(zhì)量也沒有劣化。進(jìn)而由于在高溫下的蒸發(fā)時(shí)于涂布膜內(nèi)形成氣泡，因此在緩和 對模具內(nèi)表面的熱沖擊方面能夠發(fā)揮更好的效果。上述潤滑脫模劑與被成形材料即鐵系合金的耐燒接性、潤滑特性、緩和對模具母 材的熱沖擊的熱屏蔽性優(yōu)良，與脫模性一同發(fā)揮優(yōu)良的特性。因此，如果采用這些中的任一 種材質(zhì)，就可得到具有在鐵系合金的半熔融或半凝固成形中至少可連續(xù)制造1 2萬個(gè)合 格品這種程度的耐久性的模具。基于圖1所示的鐵系合金的成形用模具的剖視圖，對本發(fā)明的在模具內(nèi)表面涂布 潤滑脫模劑的優(yōu)選例進(jìn)行說明。涂布潤滑脫模劑的模具部位是注射口 3、澆口 4及內(nèi)腔5的 內(nèi)表面的全部或一部分。一般地說，在以脫模性為目的時(shí)，只在內(nèi)腔5上涂布，但以提高柱 塞2和注射口 3的滑動(dòng)面的潤滑、以及被成形材料和澆口 4間的潤滑為目的時(shí)，在注射口 3 及澆口 4的內(nèi)表面涂布也是有效果的。另一方面，在以防止模具磨損為目的時(shí)，也可以只在 注射口 3及澆口 4的內(nèi)表面涂布。在涂布于注射口 3及澆口 4的內(nèi)表面上時(shí)還可發(fā)揮降低 成形壓力的效果。此外，也可以不對模具實(shí)施表面處理而直接涂布，但為了耐磨損及緩和熱 沖擊，也可以對模具內(nèi)表面實(shí)施金屬或金屬陶瓷噴涂、鍍覆、蒸鍍中的任一種表面處理，然 后在處理過的面上涂布潤滑脫模劑。通常，上述表面處理有時(shí)覆蓋3 5的整個(gè)表面，有時(shí) 只覆蓋一部分。本發(fā)明的潤滑脫模劑對于任何情況下的模具內(nèi)表面都可發(fā)揮潤滑效果、脫 模效果。圖2是表示涂布在本發(fā)明的模具內(nèi)表面的潤滑脫模劑的涂布層的斷面的示意圖。另外，圖3是表示在本發(fā)明的模具內(nèi)表面上，與金屬或金屬陶瓷噴涂、鍍覆、蒸鍍中的任一 種表面處理層8的面重疊而涂布的潤滑脫模劑的涂布層的斷面的示意圖。如果在成形的注 射期間涂布而處于半干燥狀態(tài)，則潤滑脫模劑的斷面結(jié)構(gòu)如圖所示，形成粒子10分散在溶 劑或其半干燥或半固化層9中的形態(tài)。該半干燥或半固化層9在因成形時(shí)的余熱而使溶劑 蒸氣散發(fā)的作用下，在多數(shù)情況下產(chǎn)生微細(xì)氣孔而成為多孔狀。因此，緩和熱沖擊的效果得 以提高，而且通過來自成形時(shí)的被成形材料的受壓和剪切而使粒子10容易流動(dòng)、延展，從 而粒子10的潤滑效果也得以提高。通過形成上述覆蓋層的結(jié)構(gòu)，用少量的潤滑脫模劑就可 使?jié)櫥Ч蚓徍蜔釠_擊的效果有效地作用到模具內(nèi)表面的廣闊區(qū)域。實(shí)施例以下，采用實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明。(實(shí)施例1)采用圖4所示的評價(jià)裝置，對各種潤滑脫模劑的涂布面的在熱狀態(tài)下相對于鐵系 材料的耐磨性及耐燒接性進(jìn)行了評價(jià)。裝置為銷釘在圓盤上的方式，將要評價(jià)的潤滑脫模 劑通過噴涂涂布在圓盤12的表面上。涂布后的潤滑脫模劑的涂布層13的膜厚為20 120 μ m。圓盤母材的形狀為Φ50Χ厚度10mm，圓盤的材質(zhì)根據(jù)試驗(yàn)條件的不同而采用模具 鋼SKD61、耐熱鋼SCH22、Ni合金hconel 718、Be銅。銷釘11的形狀為Φ5Χ長度20mm， 銷釘材質(zhì)為SKD61的淬火品，采用硬度為HRC = 48 50的材質(zhì)。此外，本試驗(yàn)是為評價(jià)鑄 鐵等鐵系合金成形材料與模具表面的磨損及燒接特性而進(jìn)行的，但為促進(jìn)磨損試驗(yàn)，作為 銷釘材質(zhì)采用強(qiáng)度及硬度比鑄鐵更高的模具鋼。另外，鑄鐵及模具鋼都是相同的鐵系材料， 因此一般也可對燒接特性進(jìn)行同樣的評價(jià)。作為試驗(yàn)條件，轉(zhuǎn)速為500r/m、銷釘和圓盤的滑動(dòng)速度為0. 92m/s、銷釘?shù)膲壕o載 荷為980N、氣氛溫度為400°C。表1示出了對于本發(fā)明的各種潤滑脫模劑材質(zhì)，用上述方法就耐磨性及耐燒接性 與其它材質(zhì)比較而進(jìn)行評價(jià)的結(jié)果。表2中示出了評價(jià)所用的潤滑脫模劑的構(gòu)成。關(guān)于耐 磨性，取下旋轉(zhuǎn)30分鐘后的圓盤，觀察與銷釘?shù)幕瑒?dòng)面的斷面，通過測定磨損最大的部分 的厚度減少量而進(jìn)行了評價(jià)。另外，關(guān)于耐燒接性，目視試驗(yàn)后的圓盤表面上的銷釘頂端材 質(zhì)的轉(zhuǎn)附的有無，并進(jìn)行斷面觀察，從而進(jìn)行評價(jià)。這樣評價(jià)的結(jié)果，確認(rèn)本發(fā)明的模具在 耐磨性、耐燒接性方面都具有優(yōu)良的性能。此外，表1中的所謂“輕微磨損”，表示的是圓盤 的表面性狀，表明在外觀上沒有發(fā)現(xiàn)明顯的凹痕、或條痕、凝附物(突起)等。另外，在表2 中，作為表面活性劑，使用萘磺酸鹽的甲醛縮合物，相對于水添加0. 1質(zhì)量％。表1耐磨性及耐燒接性的評價(jià)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其是鑄造半熔融或半凝固狀態(tài)的 鐵系合金的方法，其特征在于，將使由二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中 的1種或2種以上構(gòu)成的粒子分散在溶劑中而形成的潤滑脫模劑涂布在模具的內(nèi)表面的一 部分或全部的最表面上，然后采用所述模具進(jìn)行鑄造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其特征在于 用金屬或金屬陶瓷的噴涂、金屬的鍍覆、或者金屬氮化物或金屬碳氮化物的蒸鍍中的任1 種以上的被膜覆蓋所述模具的母材表面的一部分或整個(gè)表面，然后在該覆蓋面上涂布所述 潤滑脫模劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其特征在 于所述潤滑脫模劑的溶劑是合成酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚丙烯酸的 水溶液、或在所述水溶液中添加有表面活性劑的水溶液。
4.一種鑄造用模具，其用于鐵系合金的半熔融鑄造或半凝固鑄造，其特征在于在其 內(nèi)表面的一部分或全部的最表面上涂布有潤滑脫模劑，所述潤滑脫模劑是使由二硫化鉬、 石墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中的1種或2種以上構(gòu)成的粒子分散在溶劑中而形 成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鑄造用模具，其特征在于該鑄造用模具的母材表面的一部 分或整個(gè)表面用金屬或金屬陶瓷的噴涂、金屬的鍍覆、或者金屬氮化物或金屬碳氮化物的 蒸鍍中的任1種以上的被膜覆蓋，并且在該覆蓋面上涂布有所述潤滑脫模劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鑄造用模具，其特征在于所述潤滑脫模劑的溶劑是合 成酯油、硅油、聚乙二醇、聚丙烯酸、聚乙二醇或聚丙烯酸的水溶液、或在所述水溶液中添加 有表面活性劑的水溶液。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半熔融或半凝固狀態(tài)的鐵系合金的鑄造方法，其中，將使由二硫化鉬、石墨、二硫化鎢、氮化硼、氧化鉻、氧化硼中的1種或2種以上構(gòu)成的粒子分散在溶劑中而形成的潤滑脫模劑涂布在模具的內(nèi)表面的一部分或全部的最表面上，然后采用所述模具進(jìn)行鑄造。
文檔編號B22C9/06GK102056689SQ20098012143
公開日2011年5月11日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月13日
發(fā)明者四阿佳昭 申請人:新日本制鐵株式會社