復(fù)層材料的電磁連續(xù)鑄造方法技術(shù)

一種復(fù)層材料的電磁連續(xù)鑄造方法屬于金屬材料制備領(lǐng)域。本發(fā)明專利技術(shù)的技術(shù)特征是同時(shí)向連鑄結(jié)晶器內(nèi)澆注兩種不同成分的金屬液，在水冷結(jié)晶器外側(cè)施加直流電磁場(chǎng)控制兩種金屬液的混流，直接連續(xù)鑄造出左右兩側(cè)面具有不同成分的復(fù)層鑄坯。本發(fā)明專利技術(shù)的特點(diǎn)是工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，顯著降低了復(fù)層材料的生產(chǎn)成本；由于兩種金屬液是直接鑄造形成復(fù)層材料，不存在一般復(fù)層材料的界面問(wèn)題，所以制備的鑄件質(zhì)量好。本發(fā)明專利技術(shù)方法在軍工、核工業(yè)、高溫耐蝕、民用及石油化工等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于金屬材料制備領(lǐng)域，特別涉及到。
技術(shù)介紹
不同側(cè)面具有不同性能的金屬?gòu)?fù)層材料是軍工、航空航天、勘探、民用等領(lǐng)域急需的材料，也是近年來(lái)國(guó)家新材料發(fā)展規(guī)劃的優(yōu)先項(xiàng)目。復(fù)層金屬材料常用機(jī)械或化學(xué)的方法將不同性能的金屬材料(固-固，固-液)復(fù)合到一起，如機(jī)械壓力壓合、爆破復(fù)合、固-液包熔復(fù)合等。但是目前的制造方法生產(chǎn)的復(fù)層金屬材料不可避免地存在界面，在隨后的軋制和機(jī)械加工過(guò)程中，由于應(yīng)力集中，很容易在界面處出現(xiàn)裂紋，引起材料破壞。目前生產(chǎn)方法主要有(1)爆破沖擊合金法是將兩種固體金屬板材用爆破的方法融合到一起，得到兩側(cè)面性能不同的復(fù)層材料。此方法制備復(fù)層材料存在固-固界面，且生產(chǎn)效率低。(2)包覆鑄造成形法將預(yù)先制備好的高熔點(diǎn)金屬件經(jīng)過(guò)表面處理后放置于鑄型中，預(yù)熱到合適的溫度后澆入熔點(diǎn)較低的金屬，通過(guò)兩者的擴(kuò)散融合形成整體鑄件；包覆鑄造成形法的典型代表是用于復(fù)合軋輥成形的連續(xù)澆注包覆法。其原理是將芯材部分融合，并順序向上凝固，將凝固部分連續(xù)向下拉拔，實(shí)現(xiàn)包覆層連續(xù)鑄造成形。這種方法是日本山本厚生首先提出的，已獲得工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。用于高速鋼復(fù)合軋輥成形，具有生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，軋輥性能良好，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是包覆鑄造成形法主要用于生產(chǎn)線材，且要求對(duì)預(yù)制件進(jìn)行嚴(yán)格的表面處理，以保證性能良好的結(jié)合界面。(3)雙流澆注法兩種金屬分別在不同的熔化設(shè)備中進(jìn)行熔煉，同時(shí)或間隔一定時(shí)間澆入鑄型。雙流澆注法避免了上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了從液態(tài)開(kāi)始先后凝固的復(fù)合鑄件。目前，主要有三種方法實(shí)現(xiàn)了雙流鑄造雙流澆注半連鑄工藝，雙結(jié)晶器連鑄工藝和電磁制動(dòng)制備金屬?gòu)?fù)層材料連鑄工藝。其中，電磁制動(dòng)制備金屬?gòu)?fù)層材料連鑄工藝是一種新的制造復(fù)合坯的先進(jìn)方法。20世紀(jì)90年代中期，日本的Takeuchi和Tanaka等人利用電磁制動(dòng)的工藝制作出了內(nèi)外層為不同材料的復(fù)層鋼坯。該工藝?yán)迷诮Y(jié)晶器寬度方向上的水平磁場(chǎng)，通過(guò)磁場(chǎng)對(duì)流動(dòng)粒子產(chǎn)生的洛侖茲力對(duì)金屬液流動(dòng)施加作用，從而阻止兩種金屬液的混合，生產(chǎn)出界面清晰的復(fù)層鑄坯。1998年公開(kāi)的JP平1-271042專利提出在結(jié)晶器底部施加直流電磁場(chǎng)的方法。該方法采用電磁連鑄法生產(chǎn)內(nèi)外分層的復(fù)層材料，在結(jié)晶器寬度方向上施加水平電磁場(chǎng)，抑制了兩種金屬液的混合，生產(chǎn)出了界面清晰的復(fù)層鑄坯。但是，該法生產(chǎn)復(fù)層鑄坯存在兩個(gè)問(wèn)題，一是金屬液面波動(dòng)大，澆注的表面質(zhì)量不佳；二是只能制備內(nèi)外層不同的鑄坯。綜上所述，現(xiàn)有制造兩側(cè)面性能不同的復(fù)層材料所使用的爆破法、包覆法等存在的問(wèn)題是生產(chǎn)效率低、工藝復(fù)雜、結(jié)合界面不穩(wěn)定，給大規(guī)模生產(chǎn)帶來(lái)了問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種，用該方法可以生產(chǎn)出表面光潔、兩側(cè)面性能不同的復(fù)層鑄坯。在連續(xù)鑄造熔融金屬的過(guò)程中，同時(shí)澆注兩種不同成分的熔融金屬；將直流電磁場(chǎng)或永久磁鐵固定于鑄模下端，對(duì)鑄坯液池內(nèi)的熔融金屬的混流施加阻力。實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的技術(shù)方案為(1)本專利技術(shù)采用水冷銅(或金屬)結(jié)晶器。(2)在鑄造開(kāi)始前，將直流電磁場(chǎng)或永久磁鐵固定于鑄模下端，金屬底模置于結(jié)晶器內(nèi)部。(3)連續(xù)鑄造時(shí)，開(kāi)啟磁場(chǎng)電源，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.1-0.4T，將兩種預(yù)先熔化好的金屬液通過(guò)兩個(gè)直澆道同時(shí)澆注進(jìn)結(jié)晶器中，開(kāi)動(dòng)拉坯裝置，實(shí)現(xiàn)復(fù)層鑄坯的連續(xù)鑄造。本專利技術(shù)的效果和益處是顯著降低了復(fù)層材料的生產(chǎn)成本，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單。用兩種金屬液直接澆注出鑄坯，既保證了良好的結(jié)合界面，又形成了梯度層，而且可以大批量地連續(xù)鑄造生產(chǎn)。附圖說(shuō)明附圖是復(fù)層材料電磁連續(xù)鑄造原理示意圖。圖中(1)水冷結(jié)晶器，(2)直流電磁場(chǎng)，(3)底模，(4)中間包I，(5)中間包II，(6)直澆道，(7)合金液i，(8)合金液ii，(9)復(fù)層鑄坯. 具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說(shuō)明本專利技術(shù)的具體實(shí)施方案。以用直流電磁場(chǎng)制備200mm×400mm的Al-12.3％Si和Al-8％Mg合金的復(fù)層材料為例，具體步驟如下步驟1裝置準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)采用直流磁場(chǎng)(2)的磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍在0.1-0.4T內(nèi)，本次實(shí)驗(yàn)采用0.3T的直流磁場(chǎng)，施加在水冷結(jié)晶器(1)的底部(線圈下底面與結(jié)晶器下底面平行)，線圈內(nèi)側(cè)與結(jié)晶器外測(cè)底距離是5-10mm，內(nèi)部尺寸是200mm×400mm×600mm。步驟2金屬坯料熔化將等重量的Al-12.3％Si(7)和Al-8％Mg(8)合金分別熔化至860K，除渣后倒入中間包(4)、(5)中待用。步驟3復(fù)層材料的電磁連續(xù)鑄造將底模(3)置入結(jié)晶器(1)內(nèi)的空腔，檢查冷卻系統(tǒng)并保證其處于正常工作狀態(tài)后，將830-835K的金屬液通過(guò)直澆道(6)澆注入鑄型內(nèi)，液面控制在距結(jié)晶器(1)頂端10-20mm，允許誤差為±10％。啟動(dòng)直流電磁場(chǎng)(2)發(fā)生器電源，并以0.48m/s的速度拉動(dòng)底模(3)。隨著金屬液的不斷澆入和底模(3)的下移，始終將液面控制在要求允許的范圍內(nèi)；當(dāng)鑄造復(fù)層坯(9)達(dá)到要求長(zhǎng)度時(shí)，停止?jié)沧⒔饘僖海袛嚯娫矗P(guān)閉冷卻系統(tǒng)，停機(jī)。步驟4質(zhì)量檢查將鑄坯(9)按100mm長(zhǎng)度切斷，將端面拋光、腐蝕后觀察金相組織。同種工藝條件下，不施加直流電磁場(chǎng)(2)的鑄坯兩種金屬液混合到了一起，而施加直流電磁場(chǎng)的鑄坯(9)兩側(cè)分別為Al-12.3％Si和Al-8％Mg。，明顯有清晰的界面。權(quán)利要求1.一種，其特征是通過(guò)將兩種不同成分熔融的金屬液同時(shí)連續(xù)澆注入水冷結(jié)晶器(1)的空腔內(nèi)，在鑄造開(kāi)始前，將直流電磁場(chǎng)或永久磁鐵固定于鑄模下端，金屬底模置于結(jié)晶器內(nèi)部，并在水冷結(jié)晶器(1)外測(cè)施加直流電磁場(chǎng)(2)，控制兩種金屬熔體(7)、(8)的混流，得到左右兩側(cè)面成分不同的復(fù)層鑄坯(9)；連續(xù)鑄造時(shí)，開(kāi)啟磁場(chǎng)電源，在水冷結(jié)晶器(1)外側(cè)施加磁場(chǎng)強(qiáng)度是0.1-0.4T的直流電磁場(chǎng)(2)控制兩種金屬液的混流；將兩種預(yù)先熔化好的金屬液通過(guò)兩個(gè)直澆道同時(shí)澆注進(jìn)結(jié)晶器中，開(kāi)動(dòng)拉坯裝置，實(shí)現(xiàn)復(fù)層鑄坯的連續(xù)鑄造。全文摘要一種屬于金屬材料制備領(lǐng)域。本專利技術(shù)的技術(shù)特征是同時(shí)向連鑄結(jié)晶器內(nèi)澆注兩種不同成分的金屬液，在水冷結(jié)晶器外側(cè)施加直流電磁場(chǎng)控制兩種金屬液的混流，直接連續(xù)鑄造出左右兩側(cè)面具有不同成分的復(fù)層鑄坯。本專利技術(shù)的特點(diǎn)是工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，顯著降低了復(fù)層材料的生產(chǎn)成本；由于兩種金屬液是直接鑄造形成復(fù)層材料，不存在一般復(fù)層材料的界面問(wèn)題，所以制備的鑄件質(zhì)量好。本專利技術(shù)方法在軍工、核工業(yè)、高溫耐蝕、民用及石油化工等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。文檔編號(hào)B22D11/049GK1413782SQ02144610公開(kāi)日2003年4月30日 申請(qǐng)日期2002年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月22日專利技術(shù)者李廷舉, 金俊澤, 李玉亭, 姚山, 溫斌 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種復(fù)層材料的電磁連續(xù)鑄造方法，其特征是通過(guò)將兩種不同成分熔融的金屬液同時(shí)連續(xù)澆注入水冷結(jié)晶器（１）的空腔內(nèi)，在鑄造開(kāi)始前，將直流電磁場(chǎng)或永久磁鐵固定于鑄模下端，金屬底模置于結(jié)晶器內(nèi)部，并在水冷結(jié)晶器（１）外測(cè)施加直流電磁場(chǎng)（２），控制兩種金屬熔體（７）、（８）的混流，得到左右兩側(cè)面成分不同的復(fù)層鑄坯（９）；連續(xù)鑄造時(shí)，開(kāi)啟磁場(chǎng)電源，在水冷結(jié)晶器（１）外側(cè)施加磁場(chǎng)強(qiáng)度是０．１－０．４Ｔ的直流電磁場(chǎng)（２）控制兩種金屬液的混流；將兩種預(yù)先熔化好的金屬液通過(guò)兩個(gè)直澆道同時(shí)澆注進(jìn)結(jié)晶器中，開(kāi)動(dòng)拉坯裝置，實(shí)現(xiàn)復(fù)層鑄坯的連續(xù)鑄造。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李廷舉，金俊澤，李玉亭，姚山，溫斌，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：大連理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：91[中國(guó)|大連]