CN106216618A - 一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法，包括：a)液态金属熔体进入结晶器冷却，在连铸引锭杆的作用下形成倒锥形的凝固液穴；b)通过导流系统向所述凝固液穴内加入金属半固态浆料，凝固后得到双金属复合铸锭。本发明还提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的设备。本发明首先利用传统连续铸造原理形成具有一定深度的凝固液穴，然后通过导流系统向所述凝固液穴内浇入金属半固态浆料实现了异种金属流体包覆复合铸造，在凝固过程中，内部金属半固态浆料与外层金属熔体在界面处进行对流传质，并使结晶器内的金属由外向内逐渐凝固，从而获得内外层金属之间具有合金成分、半固态组织与枝晶组织的梯度过渡的双金属复合材料。
Description
技术领域
本发明属于复合金属铸锭加工技术领域，尤其涉及一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法。
背景技术
双金属复合材料的研究，迄今已有半个多世纪历史，虽然其制备方法从固/固复合、固/液复合，到液/液复合，再到半固态/固态复合等，衍生出了种类繁多的复合工艺，但本质只有一个：获得连续稳定、高强度的结合界面。连续稳定且高强度的结合界面对于双金属复合材料的实际应用而言是极其重要的，也是制备高性能、多用途双金属复合材料的前提和基础。
冶金结合界面是通过原子相互扩散使两种金属材料紧密的结合在一起，相比机械结合界面，具有结合强度高、稳定性好、杂质缺陷少等优点，已成为双金属复合材料制备的主要界面结合机制。冶金结合界面的复合技术有固/固复合、固/液复合、液/液复合、固态/半固态复合与半固态/半固态复合等，它们在双金属复合材料的制备方面各具特色。
固/固复合、固/液复合、固态/半固态复合等有固态金属参与复合的工艺，因需要完全清除严重影响界面结合能力的固态金属复合面的氧化皮、油污、夹渣物等，致使工艺繁琐，工艺要求高；而液/液复合工艺虽然不存在上述工艺的缺陷，但其界面宽度不易控制，容易发生混熔现象，这些都将严重阻碍双金属复合材料的发展与应用。
由于半固态金属浆料具有一定的固相率，其粘度较液态金属熔体高。当两者相遇时，低温且高粘度的半固态浆料吸收了液态金属熔体释放的潜热，降低了后者的粘度，从而减轻了两者结合时发生对流与扩散的剧烈程度，进而减弱了液态金属原子向半固态浆料扩散的能力，为调控两者结合界面的宽度、稳定性提供了可靠保证。因此，如能利用液/液复合制备双金属复合材料的技术及设备，依托半固态金属浆料独特性能，有望解决液/液复合形成的界面宽度不能调控、以及固/固复合、固/液复合形成的界面结合强度差等问题，开发出“半固态/液态复合技术”，为获得连续稳定、高强度、优质的冶金结合界面提供一个新思路，并有望研制出一系列具有半固态非枝晶组织和枝晶组织在界面上呈梯度分布的高性能的双金属复合材料。
凝固液穴作为金属凝固理论的一个重要组成部分，被广泛关注。在传统的热顶铸造过程中，液穴形状受到结晶器一次冷却、二次冷却、拉坯速度、浇注温度等的影响，其形成过程大致为：首先熔体金属与结晶器内壁直接接触，产生一次冷却，形成初凝壳，熔体金属的热量通过初凝壳传递给结晶器，再由结晶器内的冷却水带走，受到二次冷却水的激冷作用，铸锭表面区域的冷却速度快、温度低，而受到铸锭本身导热速度的限制，铸锭心部区域冷却速度慢、温度较高，进而在铸锭径向形成一个较高的温度梯度，形成液穴。本发明人考虑，可以利用凝固液穴制备双金属复合材料。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法，本发明通过导流系统在连续铸造形成的凝固液穴中加入金属半固态浆料实现了异种金属流体包覆复合铸造，能够获得内外层金属之间具有合金成分、半固态组织与枝晶组织的梯度过渡的双金属复合材料。
本发明提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法，包括：
a)液态金属熔体进入结晶器冷却，在连铸引锭杆的作用下形成倒锥形的凝固液穴；
b)通过导流系统向所述凝固液穴内加入金属半固态浆料，凝固后得到双金属复合铸锭；
所述金属熔体和金属半固态浆料选自不同的金属。
优选的，所述步骤b)具体为：
采用导流系统向所述凝固液穴底部挤入金属半固态浆料，凝固的同时向下引锭，使导流系统浇入的金属半固态浆料始终位于所述凝固液穴的底部。
本发明还提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的设备，包括：
结晶器，所述结晶器内设置有连铸引锭杆；
与所述结晶器的熔体入口相连的外浇包，所述外浇包中盛放有金属熔体；
与所述结晶器相通的导流系统；
与所述导流系统相通的内浇包，所述内浇包中盛放有金属半固态浆料；
所述金属半固态浆料可通过导流系统进入金属熔体在结晶器内形成的凝固液穴中。
本发明首先利用传统连续铸造原理形成具有一定深度的凝固液穴，然后通过导流系统向所述凝固液穴内浇入金属半固态浆料实现了异种金属流体包覆复合铸造。在凝固过程中，内部金属半固态浆料与外层金属熔体在界面处进行对流传质，并使结晶器内的金属由外向内逐渐凝固，从而获得内外层金属之间具有合金成分、半固态组织与枝晶组织的梯度过渡的双金属复合材料。同时，本发明提供的方法能够减缓内层金属半固态浆料和外层金属熔体之间的相互对流与原子扩散，从而获得连续稳定、无氧化皮或夹杂、高强度冶金结合界面。
附图说明
图1是本发明实施例公开的制备装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的设备，包括：
结晶器，所述结晶器内设置有连铸引锭杆；
与所述结晶器的熔体入口相连的外浇包，所述外浇包中盛放有金属熔体；
与所述结晶器相通的导流系统；
与所述导流系统相通的内浇包，所述内浇包中盛放有金属半固态浆料；
所述金属半固态浆料可通过导流系统进入金属熔体在结晶器内形成的凝固液穴中。
参见图1，图1是本发明实施例公开的制备装置的结构示意图，其中，1是内浇包，2是导流系统，3是外浇包，4是结晶器，5是双金属复合材料，6金属半固态浆料，7是液态金属熔体，8是凝固液穴。
本发明在传统的用于连续铸造的结晶器基础上增加导流系统即可实现双金属材料的制备，装置简单，方便易得，无需对原有装置进行大幅改造。
本发明提供的装置包括结晶器4，结晶器4内设置有连铸引锭杆(未在图中示出)。结晶器4的作用在于通过急冷使其中的液态金属熔体凝固并形成具有一定厚度的薄壳，该薄壳在连铸引锭杆的作用下被向下牵引，获得倒锥形的凝固液穴8。
本发明提供的装置还包括与结晶器4的熔体入口相连的外浇包3，外浇包3内盛放有液态金属熔体7，用于将液态金属熔体7加入到结晶器内。
本发明提供的装置还包括与结晶器4相连通的导流系统2，导流系统2的一端可插入结晶器4内形成的凝固液穴8中。
本发明提供的装置还包括与导流系统2相连通的内浇包1，内浇包1内盛放有金属半固态浆料7，内浇包1内的金属半固态浆料7通过导流系统2进入到凝固液穴8中，凝固后得到双金属复合材料5。
本发明还提供了一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法，包括：
a)液态金属熔体进入结晶器冷却，在连铸引锭杆的作用下形成倒锥形的凝固液穴；
b)通过导流系统向所述凝固液穴内加入金属半固态浆料，凝固后得到双金属复合铸锭；
所述金属熔体和金属半固态浆料选自不同的金属。
本发明利用上述设备制备双金属复合材料，首先通过外浇包3将液态金属熔体7送入结晶器4中，结晶器4急冷使得液态金属熔体7形成具有一定厚度的薄壳，然后在连铸引锭杆的作用下使该薄壳形成倒锥形的凝固液穴8；然后通过导流系统2将内浇包1中的金属半固态浆料6导入凝固液穴8中，金属半固态浆料6和液体金属熔体7进行对流传质并形成一定宽度的冶金结合界面10，控制金属半固态浆料6与液态金属熔体7在结晶器4中的凝固时间差，促使结晶器4内金属凝固由外向内顺序进行，从而在冶金结合界面10实现合金成分、半固态显微组织11与枝晶组织9的梯度过渡，参见图1。
进一步的，导流系统2向凝固液穴8的底部导入金属半固态浆料6，凝固的同时向下引锭，使导流系统2浇入的金属半固态浆料始终位于所述凝固液穴8的底部，从而防止金属半固态浆料6和金属熔体7互熔。
本发明首先利用传统连续铸造原理形成具有一定厚度的凝固液穴，然后通过导流系统向所述凝固液穴内浇入金属半固态浆料实现了异种金属流体包覆复合铸造。在凝固过程中，内部金属半固态浆料与外层金属熔体进行对流传质，并使结晶器内的金属由外向内逐渐凝固，从而获得内外层金属之间具有合金成分、半固态组织与枝晶组织的梯度过渡的双金属复合材料。同时，本发明提供的方法能够减缓内层金属半固态浆料和外层金属熔体之间的相互对流与原子扩散，从而获得连续稳定、无氧化皮或夹杂、高强度冶金结合界面。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的方法，包括：
a)液态金属熔体进入结晶器冷却，在连铸引锭杆的作用下形成倒锥形的凝固液穴；
b)通过导流系统向所述凝固液穴内加入金属半固态浆料，凝固后得到双金属复合铸锭；
所述金属熔体和金属半固态浆料选自不同的金属。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：
采用导流系统向所述凝固液穴底部挤入金属半固态浆料，凝固的同时向下引锭，使导流系统浇入的金属半固态浆料始终位于所述凝固液穴的底部。
3.一种浇注连续铸造制备双金属复合材料的设备，包括：
结晶器，所述结晶器内设置有连铸引锭杆；
与所述结晶器的熔体入口相连的外浇包，所述外浇包中盛放有金属熔体；
与所述结晶器相通的导流系统；
与所述导流系统相通的内浇包，所述内浇包中盛放有金属半固态浆料；
所述金属半固态浆料可通过导流系统进入金属熔体在结晶器内形成的凝固液穴中。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161214 |