控制铸铝发动机缸体中的宏观缩孔和气泡的方法 |
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申请号 | CN201410683603.6 | 申请日 | 2014-11-25 | 公开(公告)号 | CN104657582B | 公开(公告)日 | 2017-10-20 |
申请人 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司; | 发明人 | A.J.杰努亚尔迪; P.E.琼斯; Q.王; C.C.斯坦菲尔德; | ||||
摘要 | 本 发明 涉及控制铸 铝 发动机 缸体中的宏观 缩孔 和气泡的方法。用于估算液态金属中的恰当共晶变质级别以使铝质 汽车 部件 铸造 期间的宏观缩孔和气泡最少化的方法,以及用于铸造的系统和制品。 | ||||||
权利要求 | 1.一种制造铝质汽车部件的方法,通过估算液态金属中的恰当共晶变质级别以使铝铸造期间的宏观缩孔和气泡最少化,对恰当共晶变质级别的所述估算包括: |
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说明书全文 | 控制铸铝发动机缸体中的宏观缩孔和气泡的方法技术领域[0001] 本发明总体上涉及用以确保高品质铝铸件的方法,特别涉及通过控制液态金属中的微量元素含量来减少和消除宏观缩孔和气泡的操作方法。 背景技术[0002] 孔隙一直被认为是影响铸造部件的机械特性和性能的重要有害因素。收缩和气体析出是在铝铸件中形成孔隙的两个主要来源。对于铸造几何结构和浇口/冒口系统的给定铸造工艺和设计而言,合金成分,特别是诸如锶(Sr)、磷(P)、铋(Bi)、钙(Ca)等微量元素,可在凝固特性从而在孔隙形成方面发挥重要作用。 [0003] 众所周知的是,存在于铸造Al-Si合金中的针状硅向细微纤维形状的变质(modification)导致这些合金的强度和延展性得到改善。变质技术自从Pasz在1920年首先引入钠(Na)来使共晶硅变质之后已日趋成熟。用于使硅结构变质和细化的添加剂现在包括锶(Sr)和锑(Sb)。在文献中出现了关于锑与锶或钠之间的负面相互作用的一些报告。据报道低至100ppm的Sb浓度可显著地影响由Sr变质的A356合金的拉伸延伸率。机械性能的该劣化由于磷(P)的存在而被加剧。P.V. Bonsignore,E. J. Daniels和C.T. Wu著,Calcium Metal as a Scavenger for Antimony from Aluminum Alloys,Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室),Technical Report(技术报告),1994年10月4日。为了在存在不同P含量时实现相似的共晶硅形态,有必要添加足够的Sr。图1定量地示出了在考虑Sr效果的P中和作用时需要较高的Sr浓度来保持良好的变质。M. Garat和R. Scalliet著,A review of recent French casting alloy development,AFS Transactions,vol. 86 (1978),pp549-562。 [0004] 磷是与合金中使用的硅相关联的杂质。P在处于或超过数ppm浓度时的效果不仅在共晶或过共晶中执行成核初晶Si的功能,而且还在Al-Si亚共晶合金中生成明显的针状共晶硅结构。还发现的是,通过添加0.005%(50ppm)的磷,在高纯度Al-10%Si合金中,初晶α枝晶的数量和枝晶臂间距(DAS)都增加。C.R. Loper和J.-I. Cho著,Influence of trace amounts of phosphorus in Al casting alloys - A review of the literature,vol.108 (2000),pp. 667-672。 [0005] 镁也趋于粗化共晶硅结构,从而增强P的效果。例如,含2ppm磷的合金Al-7%Si含合金仍然呈现出片状硅结构,而同样含2ppm磷的Al-7%Si-0.3%Mg合金为针状。M. Garat和R. Scalliet著,A review of recent French casting alloy development,AFS Transactions,vol. 86 (1978), pp549-562。 [0006] 类似磷,铋也中和Sr变质的效果。为了保持全变质,当铋存在于熔体中时,需要高于0.45的Sr/Bi质量比。S. Farahany,A. Ourdjini,M. H. Idris,L. T. Thai著,Effect of bismuth on microstructure of unmodified and Sr-modified Al-7Si-0.4Mg alloys,Trans. Nonferrous Met. Soc. China(中国有色金属学报英文版),vol.21 (2011), pp1455-1464。S. Farahany,A. Ourdjini,M.H. Idrsi,S.G. Shabestari著,Evaluation of the effect of Bi, Sb, Sr and cooling condition on eutectic phases in an Al-Si-Cu alloy (ADC12) by in situ thermal analysis,Thermochimica Acta,559(2013)59-68。N.R. Rathod,J.V. Manghani著,Effect of Modifier and Grain Refiner on Cast Al-7si Aluminum Alloy: A Review,International Journal of Emerging Trends in Engineering and Development,Issue 2,Vol.5. (JULY-2012),pp.574-582。 [0007] 尽管Sr变质对抗拉强度特别是延展性的正面效果,过度变质会由于凝固特性的变化以及双初晶和共晶晶粒结构的形成而增加微孔隙的趋势。Q.G. Wang,D. Apelian,L. Arnberg,S. Gulbrandsen-Dahl和J. Hjelen著,Solidification of the Eutectic in Hypoeutectic Al-Si Alloys,AFS Transactions,vol.107 (1999),pp.249-256。还有报道称,过度的共晶变质会延迟不透气铸造表层的形成,从而增加来自砂芯的型芯透气性,导致在凝固铸件中形成气泡。(这些外源性气泡不同于在凝固期间由溶解于液体铝中的氢的排出而形成的气孔)。 [0008] 因此,在铝铸造中重要的是恰当地控制共晶变质级别,以同时使宏观缩孔和气泡最少化。本发明中公开的方法、系统和制造物件旨在解决该问题。 发明内容[0009] 本发明总体上涉及用以确保高品质铝铸件的方法,特别涉及通过控制液态金属中的微量元素含量来减少和消除宏观缩孔和气泡的操作方法、系统和制造物件。 [0010] 所公开的发明适于铝基汽车部件的砂型铸造、半永久模铸造、消失模铸造和熔模铸造。所公开的发明更特别适于化学粘结砂型铸造,其也被称为精密砂型铸造。熔模铸造是失蜡铸造的现代工业术语。高压压铸,由于其固有地形成内部气泡和缩孔,不是用于本发明的优选铸造方法。所公开的发明适于通过精密砂型铸造制造发动机缸体、水泵和壳体、阀体、变速箱、齿轮支架和油泵,并且还适于通过半永久模铸造制造气缸盖和台板。 [0011] 本发明的一个方面涉及一种经由砂型铸造、永久模铸造、消失模铸造和熔模铸造来制造铝质汽车部件的方法,其通过估算液态金属中的恰当共晶变质级别,以使铝铸造期间的宏观缩孔和气泡最少化。估算恰当共晶变质级别的方法包括使用公式2来首先估算液态金属中的有效P含量。Sb和Bi两者具有与P相似的效果,所有这三种元素都抵消Sr的变质效果。因此,需要通过确定P、Sb和Bi在液态金属中的重量百分比来控制P、Sb和Bi。由于Ca用作Sb和Bi的有效净化剂,并且可有效地从熔融铝合金去除Sb,所以还确定Ca在液态金属中的重量百分比。基于对液体中有效P含量的估算,估算恰当共晶变质级别的方法包括使用公式3来估算向液态金属添加用以消除宏观缩孔的Sr的所需最小添加量。所述方法进一步包括使用公式4来估算向液态金属添加用以消除气泡的Sr的最大允许添加量。公式2-4的各个常数取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数。一旦估算出恰当共晶变质级别后,液态金属被变质为恰当的共晶含量,并被引入铸造模具中,使得由于宏观缩孔和气泡中至少一者的形成而形成的孔隙得到减少。液态金属随后被冷却,直到它基本上凝固。 [0012] 本发明的另一方面涉及一种系统,其用以在用于制造铝基汽车部件的各种铸造技术中估算液态金属的恰当共晶变质级别。 [0013] 所述系统包括:信息输入装置,其被构造成接收与所述液态金属的微量元素、铸造部件几何结构和铸造工艺参数中的至少一个有关的信息;信息输出装置,其被构造成输出与由所述系统预测的恰当共晶变质级别有关的信息;处理单元;和计算机可读介质,其包括实施在其中的计算机可读程序代码,所述计算机可读介质与计算机处理器、所述信息输入装置和所述信息输出装置协作,使得接收到的信息被所述计算机处理器和计算机可读程序代码操作,以作为恰当共晶变质级别提供给所述信息输出装置,所述计算机可读程序代码包括恰当共晶变质级别模块,其中:所述恰当共晶变质级别模块使用上述公式估算锶向所述液态金属的所需最小添加量。 [0014] 本发明的另一方面涉及一种制造物件,其用以在用于制造铝基汽车部件的各种铸造技术中估算液态金属的恰当共晶变质级别,所述制造物件包括信息输入装置、信息输出装置、计算机处理器和至少一个计算机可用介质,其中:所述信息输入装置被构造成接收与所述液态金属的微量元素、铸造部件几何结构和铸造工艺参数中的至少一个有关的信息;所述信息输出装置被构造成输出与由所述制造物件预测的恰当共晶变质级别有关的信息; 所述处理单元与计算机可用介质协作,以操作实施在所述计算机可用介质上的计算机可读程序代码单元,来估算锶向所述液态金属的所需最小添加量;并且所述计算机可用介质包括实施在其中用于使用上述公式估算锶向液态金属的所需最小添加量的计算机可读程序代码单元;所述计算机可用介质与所述信息输入装置和所述信息输出装置协作,使得接收到的信息被所述计算机可读程序代码单元操作,以作为所述液态金属在铝铸造期间的恰当共晶变质级别的估算提供给所述信息输出装置。 [0015] 本公开还提供以下技术方案: [0016] 1. 一种制造铝质汽车部件的方法,通过估算液态金属中的恰当共晶变质级别以使铝铸造期间的宏观缩孔和气泡最少化,对恰当共晶变质级别的所述估算包括: [0017] 使用下式估算所述液态金属中的有效磷含量 [0018] (2); [0019] 使用下式估算锶在所述液态金属中的所需最小添加量 [0020] (3); [0021] 使用下式估算锶在所述液态金属中的最大允许添加量 [0022] (4); [0023] 其中: [0024] Peff(wt%)是微量元素对共晶变质的组合效应; [0025] P(wt%)是磷在所述液态金属中的重量百分比; [0026] Sb(wt%)是锑在所述液态金属中的重量百分比; [0027] Bi(wt%)是铋在所述液态金属中的重量百分比; [0028] Ca(wt%)是钙在所述液态金属中的重量百分比; [0029] Sreff-min(wt%)是向所述液态金属添加用以消除宏观缩孔的以重量百分比计的锶的所需最小添加量; [0030] Sreff-max(wt%)是向所述液态金属添加用以消除气泡的以重量百分比计的锶的最大允许添加量;并且 [0031] a1、a2、b1、b2、c1、c2、c3是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数; [0032] 提供模具; [0033] 向所述模具中引入所述液态金属,使得由于宏观缩孔和气泡中至少一个的形成而产生的孔隙率得到减少;以及 [0034] 冷却所述液态金属,使得所述液态金属基本上凝固。 [0035] 2. 一种用以在铝质汽车部件的铸造期间估算液态金属的恰当共晶变质级别的系统,所述系统包括: [0036] 信息输入装置,其被构造成接收与所述液态金属的微量元素、铸造部件几何结构和铸造工艺参数中的至少一个有关的信息; [0037] 信息输出装置,其被构造成输出与由所述系统预测的恰当共晶变质级别有关的信息; [0038] 处理单元;和 [0039] 计算机可读介质,其包括实施在其中的计算机可读程序代码,所述计算机可读介质与计算机处理器、所述信息输入装置和所述信息输出装置协作,使得接收到的信息被所述计算机处理器和计算机可读程序代码操作,以作为恰当共晶变质级别提供给所述信息输出装置,所述计算机可读程序代码包括恰当共晶变质级别模块,其中: [0040] 所述恰当共晶变质级别模块使用下式估算所述液态金属中的有效磷含量[0041] (2) [0042] 使用下式估算锶在所述液态金属中的所需最小添加量 [0043] (3); [0044] 使用下式估算锶在所述液态金属中的最大允许添加量 [0045] (4); [0046] 其中: [0047] Peff(wt%)是微量元素对共晶变质的以重量百分比计的组合效应; [0048] P(wt%)是磷在所述液态金属中的重量百分比; [0049] Sb(wt%)是锑在所述液态金属中的重量百分比; [0050] Bi(wt%)是铋在所述液态金属中的重量百分比; [0051] Ca(wt%)是钙在所述液态金属中的重量百分比; [0052] Sreff-min(wt%)是向所述液态金属添加用以消除宏观缩孔的以重量百分比计的锶的所需最小添加量; [0053] Sreff-max(wt%)是向所述液态金属添加用以消除气泡的以重量百分比计的锶的最大允许添加量;并且 [0054] a1、a2、b1、b2、c1、c2、c3是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数。 [0055] 3. 如技术方案2所述的系统,其中,所述液态金属是铝硅合金。 [0056] 4. 如技术方案3所述的系统,其中,所述铝硅合金包括亚共晶合金或近共晶合金。 [0057] 5. 如技术方案2所述的系统,其中,接收到的与所述液态金属的微量元素有关的信息包括磷、锑、铋、钙、锶和钠中的至少一个。 [0060] 8.如技术方案2所述的系统,其中,接收到的与所述液态金属的微量元素有关的信息由直接测量和分析预测中的至少一个确定。 [0061] 9. 如技术方案8所述的系统,其中,所述直接测量包括通过以下方法中的至少一个对所述液态金属中的微量元素的重量百分比进行测量:电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体光学发射光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)和x射线荧光光谱法(XRF)。 [0062] 10. 如技术方案2所述的系统,其中,接收到的与铸造部件几何结构和铸造工艺参数有关的信息由直接测量确定。 [0063] 11. 一种用以在铝质汽车部件的铸造期间估算液态金属的恰当共晶变质级别的制造物件,所述制造物件包括信息输入装置、信息输出装置、计算机处理器和至少一个计算机可用介质,其中: [0064] 所述信息输入装置被构造成接收与所述液态金属的微量元素、铸造部件几何结构和铸造工艺参数中的至少一个有关的信息; [0065] 所述信息输出装置被构造成输出与由所述制造物件预测的恰当共晶变质级别有关的信息; [0066] 所述处理单元与计算机可用介质协作,以操作实施在所述计算机可用介质上的计算机可读程序代码单元,来估算锶向所述液态金属的所需最小添加量;并且 [0067] 所述计算机可用介质包括实施在其中用于以下操作的计算机可读程序代码单元: [0068] 使用下式估算所述液态金属中的有效磷含量 [0069] (2); [0070] 使用下式估算锶在所述液态金属中的所需最小添加量 [0071] (3); [0072] 使用下式估算锶在所述液态金属中的最大允许添加量 [0073] (4); [0074] 其中: [0075] Peff(wt%)是微量元素对共晶变质的以重量百分比计的组合效应; [0076] P(wt%)是磷在所述液态金属中的重量百分比; [0077] Sb(wt%)是锑在所述液态金属中的重量百分比; [0078] Bi(wt%)是铋在所述液态金属中的重量百分比; [0079] Ca(wt%)是钙在所述液态金属中的重量百分比; [0080] Sreff-min(wt%)是向所述液态金属添加用以消除宏观缩孔的以重量百分比计的锶的所需最小添加量; [0081] Sreff-max(wt%)是向所述液态金属添加用以消除气泡的以重量百分比计的锶的最大允许添加量;并且 [0082] a1、a2、b1、b2、c1、c2、c3是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数;并且 [0083] 所述计算机可用介质与所述信息输入装置和所述信息输出装置协作,使得接收到的信息被所述计算机可读程序代码单元操作,以作为所述液态金属在铝铸造期间的恰当共晶变质级别的估算提供给所述信息输出装置。 [0084] 12. 如技术方案11所述的制造物件,其中,所述液态金属是铝硅合金。 [0085] 13. 如技术方案12所述的制造物件,其中,所述铝硅合金包括亚共晶合金或近共晶合金。 [0086] 14. 如技术方案11所述的制造物件,其中,与所述液态金属的微量元素有关的信息包括磷、锑、铋、钙、锶和钠中的至少一个。 [0087] 15. 如技术方案11所述的制造物件,其中,与铸造部件几何结构有关的信息包括壁厚和波动、几何结构构造、最大三维尺寸以及缩孔补缩能力中的至少一个。 [0088] 16. 如技术方案11所述的制造物件,其中,与铸造工艺参数有关的信息包括液态金属浇注温度、模具充注方法和充注轮廓、激冷件和金属嵌件构造和温度、以及铸造模具温度中的至少一个。 [0089] 17. 如技术方案11所述的制造物件,其中,接收到的与所述液态金属的微量元素有关的信息由直接测量和分析预测中的至少一个确定。 [0090] 18. 如技术方案17所述的制造物件,其中,所述直接测量包括通过以下方法中的至少一个对所述液态金属中的微量元素的重量百分比进行测量:电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体光学发射光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)和x射线荧光光谱法(XRF)。 [0091] 19. 如技术方案11所述的制造物件,其中,接收到的与铸造部件几何结构和铸造工艺参数有关的信息由直接测量确定。 [0093] 图1是示出了Al-7%Si合金中的Sr和P相互作用的图示。 [0094] 图2是示出了Al 319合金中的Sr和P相互作用的图示,其比较实验结果与来自公式6和7(蓝线和红线)的最小和最大Sr规格,以及图1的纤维状、片状和针状硅的边界。 [0095] 图3示出了根据本发明的某些实施例在铸造期间估算液态金属的恰当共晶变质级别的系统。 具体实施方式[0096] 对于铸造几何结构和浇口/冒口系统的给定铸造工艺和设计而言,合金成分特别是微量元素可在铸造质量和报废率方面发挥重要作用。已发现的是,砂铸铝发动机缸体中的宏观缩孔和气泡强烈地相关于微量元素(Sr、P、Bi、Ca等)含量以及它们在铝合金中的组合。液态金属中共晶硅变质剂中和剂比如P、Bi、Sb等的增加含量需要添加更多的共晶硅变质剂比如Sr、Ca和Na来实现相似的缩孔效果。然而,过多添加共晶变质剂可能导致广泛形成气泡。液态熔体中的有效共晶变质剂添加量与有效变质剂中和剂含量之间的以下关系被确定为非常有利于砂型铸造、永久模铸造、消失模铸造和熔模铸造中的铝铸件特别是含有硅的亚共晶和近共晶铝合金比如319、356、380、354和355等的质量控制: [0097] (wt%) (1) [0098] 其中a和b是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数。Sreff是以重量百分比计的有效锶添加量。Peff是有效磷重量百分比。 [0099] 类似磷,锑(Sb)和铋(Bi)也抵消锶和钠的变质效果,从而它们也应该被避免或控制。钙(Ca)是Sb和Bi的有效净化剂。已发现的是,Ca事实上可有效地从熔融铝合金去除Sb,虽然其效率可能由于广泛的处理状况而受到折衷。Ca对Sb的按重量计大约4:1的最小比值似乎是有必要的,以确保356铝合金中所含Sb的有效净化。 [0100] 考虑到在实践中去除微量元素是困难且昂贵的,应该考虑微量元素对共晶变质的组合效应来确定Sr或组合有效共晶变质剂的所需量。已发现的是,可使用下式估算有效磷: [0101] (2) [0102] 其中,c1、c2、c3是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数;Peff(wt%)是微量元素对共晶变质的以重量百分比计的组合效应;Sb(wt%)是液态金属中的锑重量百分比;Bi(wt%)是液态金属中的铋重量百分比;而C(wt%)是液态金属中的钙重量百分比。 [0103] 因此,已确定的是,可使用三个公式来估算在用于制造铝基汽车部件的各种铸造技术中用于使宏观缩孔和气泡最小化的液态金属中的恰当共晶变质级别:一个估算液态金属中的有效磷含量(公式2),另一个估算向液态金属添加的用以去除宏观缩孔的所需最小锶添加量(公式3),并且另一个估算向液态金属添加的用以去除气泡的最大允许锶添加量(公式4)。因此,根据本发明的方法、系统和物件的某些实施例,可通过以下公式估算液态金属中的恰当共晶变质级别: [0104] (2); [0105] (3); [0106] (4); [0107] Peff(wt%)是微量元素P、Sb、Bi和Ca以重量百分比计对共晶变质的组合效应。P、Sb和Bi均抵消Sr的变质效果。因此,需要通过确定这些微量元素在液态金属中的重量百分比,来控制这些微量元素。此外,Ca用作Sb和Bi的净化剂,并且可有效地从熔融铝合金去除Sb。因此,还确定Ca在液态金属中的重量百分比。基于使用公式2对液体中的有效P含量的估算,液态金属的以重量百分比计的Sr的所需最小添加量(Sreff-min(wt%))被估算以使用公式3消除宏观缩孔。此外,液态金属的以重量百分比计的Sr的最大允许添加量(Sreff-max(wt%))被估算以使用公式4消除气泡。对于公式2-4而言,a1、a2、b1、b2、c1、c2、c3是常数,其取决于一组给定的铸造部件几何结构和铸造工艺参数。对于铸造铝硅合金而言,a1在0.002到0.005之间变化,a2在0.003到0.01之间变化,b1和b2在3到3.5之间变化,而c1、c2和c3在0到1之间变化。 [0108] 作为大体的质量控制准则,磷含量在亚共晶合金中应该被维持小于0.0007%(7ppm)并且优选小于0.0005%(5ppm),而在共晶合金中应该被维持小于0.0015%(15ppm)并且优选小于0.001%(10ppm)。 [0109] 由于锶和钠产生相同的共晶变质,在本发明的方法、系统和物件的某些实施例中可使用以下公式估算铝合金中的有效锶: [0110] (5) [0111] 其中,d1是从0到1之间;Na(wt%)是液态金属中的钠重量百分比;而Sr(wt%)是来自公式3的Sreff-min(wt%)(向液态金属添加的用以消除宏观缩孔的以重量百分比计的锶的所需最小添加量)和/或来自公式4的Sreff-max(wt%)(向液态金属添加的用以消除气泡的以重量百分比计的锶的最大允许添加量)。 [0112] 在某些实施例中,如图3中示出的,系统10例如可以在用于制造铝基汽车部件的各种铸造技术中估算液态金属的恰当共晶变质级别。系统10包括信息输入装置15、信息输出装置20、处理单元25和计算机可读介质30。信息输入装置15被构造成接收与液态金属的微量元素、铸造部件几何结构和铸造工艺参数中的至少一个有关的信息,而信息输出装置20被构造成输出与由系统10预测的恰当共晶变质级别有关的信息。计算机可读介质30包括实施在其中的计算机可读程序代码,计算机可读程序代码包括恰当共晶变质级别模块。计算机可读介质与计算机处理器、信息输入装置和信息输出装置协作,以便接收到的信息被计算机处理器和计算机可读程序代码操作,以作为恰当共晶变质级别提供给信息输出装置,所述计算机可读程序代码包括恰当共晶变质级别模块,其中恰当共晶变质级别模块使用上述公式2-4估算向液态金属添加的锶的所需最小添加量。 [0113] 在另一些实施例中,液态金属是铝硅合金。 [0114] 在附加实施例中,接收到的与液态金属的微量元素有关的信息包括磷、锑、铋、钙、锶和钠中的至少一个。 [0115] 在再一些实施例中,接收到的与铸造部件几何结构有关的信息包括壁厚和波动、几何结构构造、最大三维尺寸以及缩孔补缩能力中的至少一个,而在另一些实施例中,接收到的与铸造工艺参数有关的信息包括液态金属浇注温度、模具充注方法和充注轮廓、激冷件和金属嵌件构造和温度、铸造模具温度中的至少一个。 [0116] 在某些实施例中,接收到的与液态金属的微量元素有关的信息由直接测量和分析预测中的至少一个确定。此外,在某些实施例中,直接测量包括通过以下方法中的至少一个对液态金属中的微量元素的重量百分比进行测量:电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体光学发射光谱法(ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、原子吸收光谱法(AAS)和x射线荧光光谱法(XRF)。 [0117] 在另一些实施例中,接收到的与铸造部件几何结构和铸造工艺参数有关的信息由直接测量确定。 [0118] 示例 [0119] 以下示例是通过例示方式给出的,绝不旨在限制本发明的范围。 [0120] 示例1 [0121] 当磷单独存在于铝液态金属中时,用以实现所需变质级别以降低宏观缩孔的所需最小有效Sr添加量为: [0122] (6) [0123] 不造成大量气泡的最大允许有效Sr添加量为: [0124] (7) [0125] 其中: [0126] P(wt%)是磷在所述液态金属中的重量百分比; [0127] 图2示出了Sr与P之间的关系,以及对于铝319合金的实验结果。如预期的,处于最大与最小含量之间的规格内的受控Sr含量生成了可接受的气缸缸体铸件。 [0128] 示例2 [0129] 当磷和锑都存在于铝液态金属时,用以实现所需变质级别以降低宏观缩孔的最小所需有效Sr添加量为: [0130] (8) [0131] 用以防止外源性气孔的最大允许有效Sr添加量为: [0132] (9) [0133] 其中Peff即有效P由下式算出: [0134] (10)。 [0135] 示例3 [0136] 当磷、锑、铋和钙存在于铝液态金属时,用以实现所需变质级别以降低宏观缩孔的最小所需有效Sr添加量为: [0137] (11) [0139] (12) [0140] 其中Peff即有效P由下式算出: [0141] (13)。 [0142] 示例4 [0143] 对于具有薄且均匀部分的铸件而言,如高压压铸零部件,由少量磷(<0.0005wt%,5ppmw)变质的基于Al-11到13%Si的合金可提供优异的铸造性能,尤其是可铸性。在有磷细化硅的情况下,合金没有趋势显示延伸到热节处的铸造表面的缩孔(缩痕),而这是无磷合金常常出现的情况,其结构常常是片状。然而,对于厚或重的部分而言,单独以磷进行的变质可能在铸造表面上造成缩痕和裂纹。因此提出以锶或钠优选以锶来变质合金,如前述实施例中示出的。 [0144] 示例5 [0145] 在金属铸件中,夹带气泡是在模具充注期间由湍流造成的。Campbell John著,Castings Practice:The Ten Rules of Castings,Butterworth-Heinemann,2004,pp.9-107。这在压铸操作中最常遇到,其中被捕获的气体在零部件被固溶热处理时产生气泡,但是夹带的气体缺陷也可能在以下时候产生:在精密砂型、消失模和常规砂型铸造中液态金属流与铸件几何结构相互作用而生成“瀑布”或其它湍流充注状况时。通过控制共晶变质,夹带气体可能能够通过铸件中的多孔表层排出。为了形成多孔表层,共晶有必要被广泛地变质。作为结果,有效Sr含量应该远大于在前述实施例中限定的上限。为了排出夹带气泡,所需的有效Sr含量被提出为: [0146] (14) [0147] 其中,有效磷Peff如在前述实施例中描述那样根据具体合金成分来确定。 [0148] 如前面提及的,所公开的发明适于铝基汽车部件的砂型铸造、半永久模铸造、消失模铸造和熔模铸造。所公开的发明更特别适于化学粘结砂型铸造,其也被称为精密砂型铸造。熔模铸造是失蜡铸造的现代工业术语。高压压铸,由于其固有地形成内部气泡和缩孔,不是用于本发明的优选铸造方法。所公开的发明适于通过精密砂型铸造制造发动机缸体、水泵和壳体、阀体、变速箱、齿轮支架和油泵,并且还适于通过半永久模铸造制造气缸盖和台板。 [0149] 应指出的是,本文将实施例的部件描述为被“构造”成特定方式或体现特定性能或以特定方式发挥功能,是结构性描述而不是描述预期用途。更具体地,本文对部件“构造”方式的提及是表示部件的现有物理状况,因此应理解为明确地描述部件的结构因素。 [0150] 应指出的是:如“大体”、“一般”和“通常”之类的术语在采用于本文中时不是被采用来限制所主张实施例的范围,或暗示某些特征对所主张实施例的结构或功能来说是关键的、必要的或者甚至是重要的。相反,这些术语仅仅旨在识别实施例的特定方面,或强调替代的或附加的特征,其可以也可以不被采用在特定实施例中。 [0151] 为了描述和限定本文中的实施例的目的,应指出的是:术语“大致(基本上)”在本文中被采用来表示固有程度的不确定性,其可以归因于任何定量比较、值、测量或其它表示。术语“大致(基本上)”在本文中还被采用来表示一定程度,定量表示可以不同于所陈述的基准达该程度,而不会导致所涉及主题的基本功能的变化。 |