【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及金屬和金屬合金、特別是鋁和鋁合金的直接冷卻(direct?chill,dc)鑄造，其中，直接得到適合于形成金屬產(chǎn)品(例如片狀和板狀制品)的均質(zhì)的產(chǎn)品。
技術介紹
1、金屬和金屬合金，特別是鋁和鋁合金被從熔融相進行鑄造，以生產(chǎn)錠體或坯料，錠體或坯料隨后被進一步處理，例如軋制或熱加工，以生產(chǎn)可被轉變成最終產(chǎn)品的片狀或板狀制品。貫穿以下的整個說明，術語“坯料(billet)”將被用于描述dc鑄造工藝的產(chǎn)品。坯料代表長形的金屬鑄造產(chǎn)品，通常為圓柱形，并且具有與其長度相比較小的直徑。然而，本文所應用的原理和操作也可以適用于錠體(ingot)的生產(chǎn)。通常，生產(chǎn)坯料或錠體的dc鑄造是在淺的、端部開放的，軸向豎直的模具中進行的，該模具最初在其下端處由能夠向下移動的平臺(通常稱為底部塊)封閉。模具被冷卻套(cooling?jacket)圍繞，冷卻流體，如水，穿過該冷卻套連續(xù)地循環(huán)以提供模具壁的外部冷卻。熔融鋁(或其他金屬)被引入到被冷卻的模具的上端，并且隨著熔融金屬在鄰近模具內(nèi)周的區(qū)域中固化時，所述平臺向下移動。通過平臺的有效地連續(xù)的運動以及熔融鋁的到模具的相應地連續(xù)的供應，可以生成具有所期望的長度的坯料。
2、圖1(現(xiàn)有技術)示出了傳統(tǒng)的豎直dc鑄造機10的示例的示意性橫截面。熔融金屬12通過模具入口15被引入到豎直定向的水冷的端部開放的模具14中并且作為坯料16從模具出口17出現(xiàn)。坯料16的上部具有熔融金屬芯24，該熔融金屬芯24在固體外殼26內(nèi)形成向內(nèi)錐狀的洼部19，隨著坯料冷卻，固體外殼26隨著與坯料出口17的距
3、豎直dc鑄造中的從模具下(輸出)端出來的坯料外部呈固體，但在它的中心芯部中仍處于熔融狀態(tài)。換句話說，模具內(nèi)的熔融金屬池(pool)向下延伸到向下移動的錠體的中央部分中，并在鑄模下方作為熔融金屬的洼部(sump)延伸一定距離。隨著錠體從外表面向內(nèi)固化直到其芯部部分完全變實，該洼部在向下方的向上具有逐漸減小的橫截面。
4、以這種方式生產(chǎn)的直接冷卻鑄造坯了通常將被進行熱軋和冷軋步驟，或其他熱加工程序，以生產(chǎn)具有所需形狀的制品。然而，常規(guī)上必須進行均質(zhì)化處理以將金屬轉化為更可用的形式。在dc鑄造合金的固化期間，在微觀結構中發(fā)生了多個事件。首先，金屬相以晶粒的方式成核，其可以是蜂窩狀的(cellular)、樹枝狀的(dendritic)或它們的組合，并且常規(guī)地添加化學晶粒細化化學品以輔助該過程。這樣的化學品增加成本并在操作中產(chǎn)生問題，甚至可能不利地影響最終產(chǎn)品的性能。此外，在存在非平衡固化條件(non-equilibriumsolidification?conditions)的情況下，合金成分可能會從正在成形晶粒中排出，并集中在微觀結構中的小囊(pockets)中，因此也會對產(chǎn)品的性能產(chǎn)生不利的影響。這些事件不僅在橫跨晶粒的范圍中導致的成分變化，而且在與金屬間相(intermetallic?phases)相鄰的區(qū)域(其中同時存結構上相對較軟和較硬的區(qū)域)中導致的成分變化，并且如果不使其改變或變形，將產(chǎn)生對最終產(chǎn)品來說不可接受的屬性差異。
5、均質(zhì)化(homogenization)通常涉及熱處理，以糾正鑄件微觀組織中的上述微觀缺陷。均質(zhì)化涉及將鑄造坯料加熱到高溫(通常是轉變溫度(transition?temperature)之上的溫度，例如，接近鋁或鋁合金的液相線溫度(liquidus?temperature)的溫度，持續(xù)數(shù)小時至多達24小時，甚至更長的時間。作為均質(zhì)化處理的結果，晶粒的分布變得更加均勻。進一步地，在鑄造過程中可能形成的低熔點成分顆粒被溶回到晶粒中。此外，在鑄造過程中形成的任何大的金屬間化合物顆粒(intermetallic?particles)都可能被碎片化。最后，隨著坯料的冷卻，用于強化材料的化學添加劑的可能形成的沉淀物(precipitates)被溶解并且然后被均勻地再分布。均質(zhì)化操作是高能耗操作，并且考慮到目前能量的高成本，其對操作成本具有直接影響。
6、本專利技術的目的是提供一種dc鑄造方法和設備，其直接提供具有均質(zhì)的微觀結構的鑄造金屬坯料，而無需均質(zhì)化熱處理或僅需要最小限度的均質(zhì)化處理。
7、本專利技術的另一個目的是提供一種dc鑄造方法和設備，其直接提供具有均質(zhì)的微觀結構的鑄造金屬坯料，而無需包含晶粒細化化學品(grain?refining?chemical)或僅包含最少的晶粒細化化學品。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術提供了這些和其他客體，本專利技術的第一實施方式提供了一種金屬或金屬合金的直接冷卻鑄造方法，該方法包括：
2、將包括熔融金屬或熔融金屬合金的流體熔體供應到直接冷卻(dc)模具，所述直接冷卻模具具有入口和出口；
3、冷卻位于模具中的流體熔體以獲得具有熔融芯和固體外殼的坯料，所述熔融芯形成向內(nèi)錐狀的洼部，所述固體外殼隨著距模具出口的距離增加而變厚；
4、借助于位于模具內(nèi)的裝置將振動能量施加到正離開模具的坯料的熔融芯洼部中的流體熔體；
5、將凈化氣體(purge?gas)流注入到坯料的熔融芯洼部中的流體熔體中；
6、在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將振動能量施加到超出模具的出口的坯料的的固體外殼；
7、將坯料從模具出口移出；以及
8、對模具出口以外的坯料進行進一步冷卻，以獲得固體坯料。
9、在第一實施方式的一個方面中，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將振動能量施加到坯料的固體外殼包括：施加來自多個振動能量源的振動能量，所述多個振動能量源位于圍繞所述坯料周圍的多個位置。
10、在第一實施方式的另一方面，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將超聲振動能量施加到坯料的固體外殼包括：穿過噴灑在所述坯料的超出模具出口的外表面上的冷卻劑層來施加所述振動能量。
11、在第一實施方式的另一方面，直接冷卻模具是豎直dc模具。
12、在第一實施方式的另一方面，直接冷卻模具是水平dc模具。
13、在第二實施方式中，本專利技術提供了一種直接冷卻(dc)鑄模，包括：
14、豎直取向的端部開放的本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種金屬或金屬合金的直接冷卻鑄造方法，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被施加到正離開模具的坯料的熔融芯洼部中的流體熔體的振動能量和在所述錐狀的洼部的區(qū)域中被施加到所述模具的出口下方的坯料的固體外殼的振動能量由至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合提供。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將超聲振動能量施加到坯料的固體外殼包括：施加來自多個振動能量源的振動能量，所述多個振動能量源位于圍繞所述坯料周邊的多個位置。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將超聲振動能量施加到坯料的固體外殼包括：通過在模具的出口處噴灑在所述坯料的外表面上的冷卻劑層來施加所述振動能量。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括通過被用于將超聲振動能量施加到正離開模具的坯料的熔融芯洼部中的流體熔體的振動能量源將凈化氣體流注入到坯料的熔融芯洼部中的流體熔體中。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述凈化氣體包括氮氣或氬氣。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固體外殼的振動能量的頻率為5至400kHz。
9.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固體外殼上的所述冷卻劑層的振動能量的頻率為5至400kHz。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，金屬合金是DC鑄造的，并且所述金屬合金是鋁合金。
11.一種直接冷卻(DC)鑄造模具，包括：
12.根據(jù)權利要求11所述的直接冷卻鑄造模具，其中，豎直定位的振動能量源包括至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合。
13.根據(jù)權利要求11所述的直接冷卻鑄造模具，其中，豎直定位的振動能量源包括凈化氣體供給，所述凈化氣體供給包括凈化氣體入口和凈化氣體出口，該凈化氣體出口用于將凈化氣體引入到所述模具的出口處的區(qū)域中。
14.根據(jù)權利要求11所述的直接冷卻鑄造模具，其中，在所述模具的出口下方周向地布置的所述多個振動能量源中的每一個包括至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合。
15.一種直接冷卻(DC)鑄造模具，包括：
16.根據(jù)權利要求15所述的直接冷卻鑄造模具，其中，定位在所述模具中的振動能量源包括至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合。
17.根據(jù)權利要求15所述的直接冷卻鑄造模具，還包括凈化氣體供給，并且定位在所述模具中的振動能量源和所述凈化氣體供給單元被組合為超聲脫氣機單元，其中，所述超聲脫氣機包括：長形探頭和凈化氣體輸送部，所述長形探頭包括第一端和第二端，所述第一端附接到超聲換能器，所述第二端包括位于所述模具的出口處的末端，所述凈化氣體輸送部包括凈化氣體入口和凈化氣體出口，凈化氣體出口設置在長形探頭的末端處以用于將凈化氣體引入到所述模具的出口處的區(qū)域中。
18.根據(jù)權利要求15所述的直接冷卻鑄造模具，其中，在超出模具的出口處周向地布置的所述多個振動能量源中的每一個包括至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合。
19.通過權利要求1所述的方法獲得的金屬或金屬合金坯料，其中，所述坯料不包含晶粒細化化學品，并且所述坯料未經(jīng)歷熱均質(zhì)化處理。
20.根據(jù)權利要求19所述的金屬或金屬合金坯料，其中，所述坯料是鋁或鋁合金坯料。
...【技術特征摘要】
1.一種金屬或金屬合金的直接冷卻鑄造方法，包括：
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被施加到正離開模具的坯料的熔融芯洼部中的流體熔體的振動能量和在所述錐狀的洼部的區(qū)域中被施加到所述模具的出口下方的坯料的固體外殼的振動能量由至少一個超聲換能器、至少一個被機械地驅動的振動器或其組合提供。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將超聲振動能量施加到坯料的固體外殼包括：施加來自多個振動能量源的振動能量，所述多個振動能量源位于圍繞所述坯料周邊的多個位置。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，在所述錐狀的洼部的區(qū)域中將超聲振動能量施加到坯料的固體外殼包括：通過在模具的出口處噴灑在所述坯料的外表面上的冷卻劑層來施加所述振動能量。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，還包括通過被用于將超聲振動能量施加到正離開模具的坯料的熔融芯洼部中的流體熔體的振動能量源將凈化氣體流注入到坯料的熔融芯洼部中的流體熔體中。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述凈化氣體包括氮氣或氬氣。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的芯洼部中的流體熔體的振動能量的頻率為5至400khz。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固體外殼的振動能量的頻率為5至400khz。
9.根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，被施加到所述坯料的固體外殼上的所述冷卻劑層的振動能量的頻率為5至400khz。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，金屬合金是dc鑄造的，并且所述金屬合金是鋁合金。
11.一種直接冷卻(dc)鑄造模具，包括：
12.根據(jù)權利要求11所述的直接冷卻鑄造模具，其中，豎直定位的振動能...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：邁克爾·卡勒布·鮑威爾，維克多·弗雷德里克·倫德奎斯特，文卡塔·基蘭·曼基拉尤，
申請(專利權)人：南線有限責任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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