BRPI0419352B1 - método para lingotamento de lingote de metal composto - Google Patents

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO PARA LINGOTAMENTO DE LINGOTE DE METAL COMPOSTO".

[001] Dividido do Pl 0411851 -0» depositado em 23.06.2004 Antecedentes da Invenção [002] A presente invenção refere-se a um método e a um equipamento para lingotar lingotes metálicos compostos, bem como novos lingotes metálicos compostos assim obtidos.

Antecedentes da Técnica [003] Por muitos anos os lingotes metálicos, particularmente os lingotes de alumínio ou de liga de alumínio, foram produzidos por um processo de lingotamento semicontínuo, conhecido como lingotamento por resfriamento direto. Nesse procedimento o metal fundido é derramado no topo de um molde de extremidade aberta e um meio de resfriamento, tipicamente água, é aplicado direta mente à superfície de solidificação do metal à medida que ela emerge do molde.

[004] Tal sistema é co mu mente usado para produzir lingotes de grandes seções retangulares para a produção de produtos laminados, por exemplo, produtos de folhas de ligas de alumínio. Há um grande mercado para lingotes compostos consistindo em duas ou mais camadas de diferentes ligas. Tais lingotes são usados para produzir-se, após a laminação, folhas revestidas para várias aplicações tais como folhas de sol d agem, chapas de aeronaves e outras aplicações onde é desejado que as propriedades da superfície sejam diferentes daquelas do núcleo.

[005] A abordagem convencional para tal folha revestida tem sido esquentar placas de diferentes ligas em conjunto para "fixar” as duas juntas, então continuar laminando até produzir-se o produto acabado. Isto tem a desvantagem de que a interface entre as placas geral mente não é metal urgí ca mente limpa e a aglutinação das camadas pode ser um problema.

[006] Tem havido também um interesse em lingotar lingotes em camadas para produzir-se um lingote composto pronto para lamina-ção. Isto tem sido tipicamente realizado usando-se lingotamento de resfriamento direto (DC), ou pela solidificação simultânea de duas correntes de liga ou pela solidificação seqüencial onde um metal é solidificado antes sendo contatado por um segundo metal fundido. Na literatura descrevem-se um sem número de tais métodos que obtiveram graus variáveis de sucesso.

[007] Em Binczewski, U. S. Patente 4.567.936, emitida em 4 de fevereiro de 1986, foi descrito um método para produção de um lingote composto por resfriamento direto onde uma camada externa de temperatura de sólidos mais alta é fundida sobre uma camada interna com uma temperatura de sólidos mais baixa. A descrição determina que a camada mais externa deve estar "completamente sólida e inteira" no momento em que a liga de menor temperatura de sólidos entrar em contato com ela.

[008] Keller, German Patent 844 806, publicada em 24 de julho de 1952, descreve um molde único para lingotar uma estrutura em camadas onde o núcleo interno é lingotado antes da camada externa. Nesse procedimento, a camada externa é totalmente solidificada antes que a liga interna a contate.

[009] Em Robinson, U. S. Patent 3.353.934, emitida em 21 de novembro de 1967, é descrito um sistema de lingotamento onde uma divisão interna é colocada dentro da cavidade do molde para separar substancialmente áreas de diferentes composições de ligas. O fim do defletor é projetado de forma que ele termine na "zona pastosa" logo acima da porção solidificada do lingote. Dentro da "zona pastosa" a liga é livre para misturar-se sob a extremidade do defletor para formar uma união entre as camadas. Entretanto, o método não é controlável no sentido de que o defletor usado é "passivo" e o lingotamento depende do controle da localização do recipiente, que é indiretamente controlada pelo sistema de resfriamento.

[0010] Em Matzner, German Patent DE 44 20 697, publicada em 21 de dezembro de 1995, é descrito um sistema de lingotamento usando uma divisão interna similar à de Robinson, na qual a posição do recipiente defletor é controlada para permitir que a mistura da fase líquida da zona de interface crie um gradiente de concentração contínua através da interface.

[0011] Em Robertson e outros, British Patent GB 1.174.764, publicada em 21 de dezembro de 1965, é fornecido um defletor móvel para dividir um recipiente de lingotamento comum e permitir o lingotamento de dois metais diferentes. O defletor é móvel para permitir em um limite que os materiais se misturem e em outro limite lingotar dois veios separados.

[0012] Em Kilmer e outros, WO Publication 2003/035305, publicada em 1 de maio de 2003, é descrito um sistema de lingotamento usando-se um material de barreira na forma de uma folha fina entre duas camadas de ligas diferentes. A folha fina tem um ponto de fusão suficientemente alto que ela permanece intacta durante o lingotamento, e é incorporada no produto final.

[0013] Takeuchi e outros, U. S. Patent 4.828.015, emitida em 9 de maio de 1989, descreve um método de lingotamento de duas ligas líquidas em um único molde pela criação de uma divisão na zona líquida por meio de um campo magnético e alimentação das duas zonas com ligas separadas. A liga que é alimentada à parte superior da zona forma portanto uma casca em torno do metal alimentado à porção inferior.

[0014] Veillette, U. S. Patent 3.911.996, descreve um molde tendo uma parede externa flexível para ajustar a forma do lingote durante o lingotamento.

[0015] Steen e outros» U. S. Patent 5.947,194, descreve um molde similar a Veillette mas permitindo maior controle da forma.

[0016] Takeda e outros* U. S. Patent 4.498.521 descreve um sistema de controle do nível de metal usando um flutuador na superfície do metal para medir o nível de metal e informar para o controle de fluxo.

[0017] Odegard e outros, U. S. Patent 5.526.870, descreve um sistema de controle do nível de metal usando uma sonda sensora remota (radar).

[0018] Wagstaff, U. S. Patent 6.260.602, descreve um molde tendo uma parede estreitada variavelmente para controlar a forma externa de um lingote.

[0019] É um objetivo da presente invenção produzir um lingote de metal composto consistindo em duas ou mais camadas tendo uma ligação metalúrgica melhorada entre camadas adjacentes.

[0020] É também um objetivo da presente invenção fornecer um meio para controlar a temperatura da interface onde duas ou mais camadas que se unem em um lingote composto para melhorar a ligação metalúrgica entre camadas adjacentes.

[0021] É também um objetivo da presente invenção fornecer um meio para controlar a forma da interface onde duas ou mais ligas são combinadas em um lingote metálico composto.

[0022] É um outro objetivo da presente invenção fornecer um método sensível para controlar o nível de metal em um molde de lingote que seja particularmente útil em espaços confinados.

Descrição da Invenção [0023] Uma modalidade da presente invenção é um método para o lingotamento de um lingote metálico composto compreendendo pelo menos duas camadas formadas de uma ou mais composições de li- gas. O método compreende o fornecimento de um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída onde o metal fundido é adicionado na extremidade de alimentação e o lingote solidificado é extraído na extremidade de saída. Paredes divisórias são usadas para dividir a extremidade de alimentação em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, as paredes divisórias terminando acima da extremidade de saída do molde, e onde cada câmara de alimentação é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação. Para cada par de câmaras de alimentação adjacentes uma primeira corrente de uma primeira liga é alimentada a uma câmara do par de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal na primeira câmara e uma segunda corrente de uma segunda liga é alimentada através da segunda câmara do par de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal na segunda câmara. A primeira poça de metal contata a parede divisória entre o par de câmaras para resfriar a primeira poça de forma a formar uma superfície auto-sustentada adjacente à parede divisória. A segunda poça de metal é então trazida ao contato com a primeira poça de forma que a segunda poça inicialmente contate a superfície auto-sustentada da primeira poça em um ponto onde a temperatura da superfície auto-sustentada está entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga. As duas poças de ligas são portanto unidas como duas camadas e resfriadas para formar um lingote composto.

[0024] Preferivelmente a segunda liga contata inicialmente a superfície auto-sustentada da primeira liga quando a temperatura da segunda liga está acima da temperatura liquidus da segunda liga. As primeira e segunda ligas podem ter a mesma composição de liga ou podem ter composições de liga diferentes.

[0025] Preferivelmente a superfície superior da segunda liga contata a superfície auto-sustentada da primeira poça em um ponto onde a temperatura da superfície auto-sustentada está entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga.

[0026] Nesta modalidade da invenção a superfície auto-sustentada pode ser gerada resfriando-se a primeira poça de liga de forma que a temperatura da superfície no ponto onde a segunda liga inicialmente contata a superfície auto-sustentada esteja entre as temperaturas solidus e liquidus.

[0027] Uma outra modalidade da presente invenção compreende um método para lingotamento de um lingote metálico composto compreendendo pelo menos duas camadas formadas de uma ou mais composições de liga. Esse método compreende o fornecimento de um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída onde o metal fundido é adicionado à extremidade de alimentação e o lingote solidificado é extraído na extremidade de saída. Paredes divisórias são usadas para dividir a extremidade de alimentação em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, as paredes divisórias terminando acima da extremidade de saída do molde, e onde cada câmara de alimentação é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação. Para cada par de câmaras de alimentação adjacentes, uma primeira corrente de uma primeira liga é alimentada a uma câmara do par de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal na primeira câmara e uma segunda corrente de uma segunda liga é alimentada através da segunda câmara do par de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal na segunda câmara. A primeira poça de metal contata a parede divisória entre o par de câmaras para resfriar a primeira poça de forma a formar uma superfície auto-sustentada adjacente à parede divisória. A segunda poça de metal é então trazida ao contato com a primeira poça de forma que a segunda poça contate a superfície auto-sustentada da primeira poça em um ponto onde a temperatura da su- perfície auto-sustentada esteja abaixo da temperatura solidus da primeira liga para formar uma interface entre as duas ligas. A interface é então reaquecida até uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga de forma que as duas poças de ligas são portanto unidas como duas camadas e resfriadas para formar um lingote composto.

[0028] Nesta modalidade o reaquecimento é preferivelmente atingido permitindo-se que o calor latente dentro das primeira ou segunda poças reaqueça a superfície.

[0029] Preferivelmente a segunda liga contata inicialmente a superfície auto-sustentada da primeira liga quando a temperatura da segunda liga está acima da temperatura liquidus da segunda liga. As primeira e segunda ligas podem ter a mesma composição de liga ou podem ter diferentes composições de ligas.

[0030] Preferivelmente a superfície superior da segunda liga contata a superfície auto-sustentada da primeira poça a um ponto onde a temperatura da superfície auto-sustentada está entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga.

[0031] A superfície auto-sustentada pode ter também uma camada oxida nela formada. Ela é suficientemente forte para agüentar as forças aumentadas fazendo normalmente com que o metal se espalhe quando não confinado. Essas forças aumentadas incluem as forças criadas pela pressão metalostática da primeira corrente, e pela expansão da superfície no caso onde o resfriamento se estende abaixo do sólido seguido de reaquecimento da superfície. Trazendo-se a segunda liga líquida em contato com a primeira liga enquanto a primeira liga ainda está no estado semi-sólido ou, e na modalidade alternativa, garantindo que a interface entre as ligas é reaquecida até um estado semi-sólido, uma camada de interface distinta mas aglutinante é formada entre as duas ligas. Além disso, o fato de que a interface entre a se- gunda camada de liga e a primeira liga é portanto formada antes de a primeira camada de liga ter desenvolvido uma carcaça rígida significa que o estresse criado pela aplicação direta do meio de resfriamento à superfície externa do lingote é melhor controlado no produto acabado, o que é particularmente vantajoso quando se funde ligas que tendem a se fraturar.

[0032] O resultado da presente invenção é que a interface entre as primeira e segunda ligas é mantida, sobre um pequeno comprimento do lingote emergente, a uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga. Em uma modalidade particular, a segunda liga é alimentada no molde de forma que a superfície superior da segunda liga no molde esteja em contato com a superfície da primeira liga onde a temperatura da superfície esteja entre as temperaturas solidus e liquidus e assim é formada uma interface tendo alcançado este requisito. Em uma modalidade alternativa, a interface é rea-quecida até uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus logo após a superfície superior da segunda liga contatar a superfície auto-sustentada da primeira liga. Preferivelmente a segunda liga está acima da sua temperatura liquidus quando ela contata inicialmente a superfície da primeira liga. Quando isto é feito, a integridade da interface é mantida mas, ao mesmo tempo, certos componentes da liga são suficientemente móveis ao longo da interface de modo que a aglutinação metalúrgica é facilitada.

[0033] Se a segunda liga for contatada onde a temperatura da superfície da primeira liga está suficientemente abaixo da temperatura solidus (por exemplo, após uma carcaça solidus significativa ter sido formada), e há um calor latente insuficiente para reaquecer a interface até a temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga, então a mobilidade dos componentes da liga é muito limitada e uma aglutinação metalúrgica insuficiente é formada. Isto pode provo- car a separação de camadas durante o processamento subseqüente.

[0034] Se a superfície auto-sustentada não é formada na primeira liga antes da segunda liga contatar a primeira liga, então as ligas estão livres para misturar-se e uma camada difusa ou um gradiente de concentração de liga é formado na interface, tornando a interface menos distinta.

[0035] É particularmente preferido que a superfície superior da segunda liga seja mantida uma posição abaixo da borda inferior da parede divisória. Se a superfície superior da segunda liga no molde ficar acima do ponto de contato com a superfície da primeira liga, por exemplo, acima da borda inferior da parede divisória, então há o perigo de que a segunda liga possa romper a superfície auto-sustentada da primeira liga ou mesmo relingotar completamente a superfície por causa do excesso de calor latente. Se isto acontecer, pode haver uma mistura excessiva de ligas na interface, ou em alguns casos fuga de metal ou falha no lingotamento. Se a segunda liga contatar a parede divisória particularmente longe da borda inferior, pode ser até mesmo resfriada prematuramente até um ponto onde o contato com a superfície auto-sustentada da primeira liga não forma mais uma aglutinação metalúrgica forte. Em certos casos, pode entretanto ser vantajoso manter-se a superfície superior da segunda liga próxima à borda inferior de forma que a parede divisória possa agir como uma escumadei-ra de óxidos para evitar que os óxidos da superfície da segunda camada sejam incorporados na interface entre as duas camadas. Isto é particularmente vantajoso onde a segunda camada é passível de oxi-dação. Em qualquer caso a posição da superfície superior deve ser controlada cuidadosamente para evitar os problemas notados acima, e não devem ficar mais de 3 mm acima da borda inferior da divisória.

[0036] Em todas as modalidades precedentes é particularmente vantajoso contatar a segunda liga com a primeira liga a uma tempera- tura entre a temperatura solidus e a temperatura de coerência da primeira liga ou reaquecer-se a interface entre as duas até uma temperatura entre a temperatura solidus e a temperatura de coerência da primeira liga. O ponto de coerência, e a temperatura (entre as temperaturas solidus e liquidus) na qual isto ocorre é uma etapa intermediária na solidificação do metal fundido. À medida que os dendritos crescem de tamanho em um metal fundido resfriado e começam a se chocar uns com os outros, uma rede sólida contínua se desenvolve através do volume da liga. O ponto no qual há um súbito aumento na força de torque necessária para cortar a rede sólida é conhecido como o "ponto de coerência". A descrição do ponto de coerência e de sua determinação podem ser encontradas em Solidification Characteristics of Aluminum Alloys, Volume 3, Dendrite Coherency Pg. 210.

[0037] Em outra modalidade da invenção, é fornecido um equipamento para lingotar metais compreendendo um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída e um bloco inferior que se ajusta dentro da extremidade de saída e é móvel em uma direção ao longo do eixo do molde anular. A extremidade de alimentação do molde é dividida em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, onde cada câmara de alimentação é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação e onde as câmaras de alimentação adjacentes ao separadas por uma parede divisória de temperatura controlada que pode adicionar ou remoer calor. A parede divisória termina acima da extremidade de saída do molde. Cada câmara inclui um equipamento de controle do nível metálico tal que em pares adjacentes de câmaras o nível metálico em uma câmara pode ser mantido a uma posição acima da extremidade inferior da parede divisória entre as câmaras e na outra câmara pode ser mantido a uma posição diferente do nível na primeira câmara.

[0038] Preferivelmente o nível na outra câmara é mantido a uma posição abaixo da extremidade inferior da parede divisória.

[0039] A parede divisória é projetada de forma que o calor extraído ou adicionado é calibrado de forma a criar uma superfície auto-sustentada no metal na primeira câmara adjacente à parede divisória para controlar a temperatura da superfície auto-sustentada do metal na primeira câmara para ficar entra as temperaturas solidus e liquidus e um ponto onde a superfície superior do metal na segunda câmara pode ser mantida.

[0040] A temperatura da camada auto-sustentada pode ser cuidadosamente controlada removendo-se calor da parede divisória através de um fluido de controle da temperatura sendo passado através de uma parte da parede divisória ou sendo trazido ao contato com a parede divisória em sua extremidade superior para controlar a temperatura da camada auto-sustentada.

[0041] Uma outra modalidade da invenção é um método para o lingotamento de um lingote metálico composto compreendendo pelo menos duas ligas diferentes, que compreende fornecer um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída e meios de dividir-se a extremidade de alimentação em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, onde cada câmara é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação. Para cada par de câmaras de alimentação adjacentes, uma primeira corrente de uma primeira liga é alimentada através de uma das câmaras de alimentação adjacentes ao mencionado molde, uma segunda corrente de uma segunda liga é alimentada através de outra das câmaras de alimentação adjacentes. Uma parede divisória controladora de temperatura é fornecida antes das câmaras de alimentação adjacentes tal que o ponto na interface onde as primeira e segunda ligas se contatam inicialmente é mantido a uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga por meios de uma parede divisória controladora de temperatura onde as correntes são unidas como duas camadas. As camadas de ligas unidas são resfriadas para formar um lingote composto.

[0042] A segunda liga é preferivelmente trazida ao contato com a primeira liga imediatamente abaixo da extremidade inferior da parede divisória sem contatar primeiro a parede divisória. Em qualquer caso, a segunda liga deve contatar a primeira liga a não menos de 2 mm abaixo da extremidade inferior da parede divisória mas a não mais de 20 mm e preferivelmente cerca de 4 a 6 mm abaixo da extremidade inferior da parede divisória.

[0043] Se a segunda liga contatar a parede divisória antes de contatar a primeira liga, ela pode ser prematuramente resfriada até um ponto onde o contato com a superfície auto-sustentada da primeira liga não forma mais uma aglutinação metalúrgica forte. Mesmo se a temperatura liquidus da segunda liga for suficientemente baixa isto não acontece, a pressão metalostática que existe pode fazer com que a segunda liga seja alimentada no espaço entre a primeira liga e a parede divisória e provocar defeitos ou falhas de lingotamento. Quando se deseja que a superfície superior da segunda liga esteja acima da extremidade inferior da parede divisória (por exemplo, para retirar óxidos) ela deve ser cuidadosamente posicionada tão próxima quanto praticamente possível da extremidade inferior da parede divisória para evitar esses problemas.

[0044] A parede divisória entre pares adjacentes de câmaras de alimentação pode ser afunilada e o funil pode variar ao longo do comprimento da parede divisória. A parede divisória pode também ter uma forma curvilínea. Essas características podem ser usadas para compensar diferentes propriedades térmicas e de solidificação das ligas usadas nas câmaras separadas pela parede divisória e portanto forne- cer o controle da geometria da interface final dento do lingote emergente. A parede de forma curvilínea pode servir também para formar lingotes com camadas tendo geometrias específicas que podem ser laminados com menos perdas. A parede divisória entre pares adjacentes de câmaras de alimentação pode também ser feita flexível e pode ser ajustada para assegurar que a interface entre as duas camadas de ligas no lingote final e no produto laminado seja reta independentemente das ligas usadas e seja reta mesmo na seção de partida.

[0045] Uma outra modalidade da invenção é um equipamento para lingotamento de lingotes de metal compostos, compreendendo um molde anular com extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída e um bloco inferior que se ajusta dentro da extremidade de saída e se move ao longo do eixo do molde. A extremidade de alimentação do molde é dividida em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, onde cada câmara de alimentação é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação e onde as câmaras de alimentação adjacentes são separadas por uma parede divisória. A parede divisória é flexível, e um dispositivo de posicionamento é anexado à parede divisória de forma que a curvatura da parede no plano do molde possa ser variada de uma determinada quantidade durante a operação.

[0046] Uma outra modalidade da invenção é um método para o lingotamento de um lingote metálico composto compreendendo pelo menos duas ligas diferentes, que compreende o fornecimento de um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída e meios para dividir a extremidade de alimentação em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, onde cada câmara de alimentação é adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação. Para pares adjacentes de câmaras de alimentação, uma primeira corrente de uma primeira liga é alimentada através de uma das câmaras de alimentação adjacentes no molde, e uma segunda corrente de uma segunda corrente de uma segunda liga á alimentada através de outra das câmaras de alimentação adjacentes.

[0047] Uma parede divisória flexível é fornecida entre as câmaras adjacentes e a curvatura da parede divisória flexível é ajustada durante o lingotamento para controlar a forma da interface onde as ligas são unidas como duas camadas. As camadas de ligas unidas são então resfriadas para formar um lingote composto.

[0048] A alimentação do metal requer um controle cuidadoso do nível e um método para isso é fornecer um fluxo lento de gás, preferivelmente um gás inerte, através de um tubo com uma abertura em um ponto fixo em relação ao corpo do molde anular. A abertura é imersa em uso abaixo da superfície do metal no molde, a pressão do gás é medida e a pressão metalostática acima da abertura do tubo é portanto determinada. A pressão medida pode então ser usada para controlar diretamente o fluxo de metal no molde de forma a manter a superfície superior do metal a um nível constante.

[0049] Uma outra modalidade da invenção é um método de lingotamento de um lingote metálico que compreende o fornecimento de um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída, e a alimentação de um metal fundido na extremidade de alimentação do mencionado molde para criar uma poça de metal dentro do mencionado molde tendo uma superfície. A extremidade do tubo de entrega de gás é imersa na poça de metal a partir da extremidade de alimentação do tubo do molde em uma posição pré determinada em relação ao corpo do molde e um gás inerte é borbulhado através do tubo de entrega de gás a uma taxa lenta o suficiente para manter o tubo descongelado. A pressão do gás dentro do mencionado tubo é medida para determinar a posição do metal fundido em relação ao corpo do molde.

[0050] Uma outra modalidade da invenção é um equipamento para lingotamento de um lingote metálico que compreende um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída tendo um bloco inferior que se ajusta na extremidade de saída e que é móvel ao longo do eixo do molde. Um dispositivo de controle do fluxo metálico é fornecido para controlar a taxa na qual o metal pode fluir no molde a partir de uma fonte externa, e é também fornecido um sensor de nível de metal compreendendo um tubo de entrega de gás anexado a uma fonte de gás por meio de um controlador de fluxo de gás e tendo uma extremidade aberta posicionada em uma localização pré-definida abaixo da extremidade de alimentação do molde, de forma que, em uso, a extremidade aberta do tubo fique normalmente abaixo do nível de metal no molde. É também fornecido um meio para medição da pressão do gás no tubo de entrega do gás entre o controlador de fluxo e a extremidade aberta do tubo de entrega de gás, a pressão medida do gás sendo adaptada para controlar o dispositivo de controle de fluxo de gás de forma a manter o metal, no qual a extremidade aberta do tubo de entrega de gás é colocado, em um nível pré determinado.

[0051] Esse método e aparelho para medição do nível do metal são particularmente úteis na medição e no controle do nível de metal em um espaço confinado tal como em algumas ou em todas as câmaras de alimentação em um projeto de molde de multicâmaras. Eles podem ser usados em conjunção com outros sistemas de controle de nível de metal que usam flutuadores ou outros monitores similares de posicionamento da superfície, onde, por exemplo, um tubo de gás é usado nas câmaras de alimentação menores e um sistema de controle de alimentação com base em um flutuador ou dispositivo similar nas câmaras de alimentação maiores.

[0052] Em uma modalidade preferida da presente invenção é fornecido um método para lingotamento de um lingote composto tendo duas camadas de ligas diferentes, onde uma liga forma uma camada na superfície mais larga ou face "de laminação" de um lingote de seção transversal retangular formado a partir de outra liga. Para este procedimento é fornecido um molde anular de extremidade aberta tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída e meios para dividir a extremidade de alimentação em câmaras de alimentação adjacentes separadas por uma parede divisória de temperatura controlada. A primeira corrente de uma primeira liga é alimentada através de uma das câmaras de alimentação no molde e uma segunda corrente de uma segunda liga é alimentada através de uma outra das câmaras de alimentação, esta segunda liga tendo uma temperatura liquidus mais baixa que a primeira liga. A primeira liga é resfriada pela parede divisória de temperatura controlada para formar uma superfície auto-sustentada que se estende abaixo da extremidade inferior da parede divisória e a segunda liga é contatada com a superfície auto-sustentada da primeira liga em uma localização onde a temperatura da superfície auto-sustentada é mantida entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga, através do que as duas correntes de ligas são unidas como duas camadas. As camadas de ligas unidas são então resfriadas para formar um lingote composto.

[0053] Em outra modalidade preferida as duas câmaras são configuradas de forma que uma câmara externa envolva completamente a câmara interna através do que é formado um lingote tendo uma camada de uma liga envolvendo completamente o núcleo de uma segunda liga.

[0054] Uma modalidade preferida inclui duas paredes divisórias de temperatura controlada espaçadas lateralmente formando três câmaras de alimentação. Assim, há uma câmara de alimentação central com uma parede divisória em cada lado e um par de câmaras de alimentação externas, uma de cada lado da câmara de alimentação central. Uma corrente da primeira liga pode ser alimentada através da câmara de alimentação central, com correntes da segunda liga sendo alimentadas nas duas câmaras laterais. Tal arranjo é tipicamente usado para fornecer duas camadas de revestimento em um material de núcleo central.

[0055] É também possível reverter o procedimento de forma que correntes da primeira liga sejam alimentadas através das câmaras laterais enquanto uma corrente da segunda liga é alimentada através da câmara central. Com esse arranjo, o lingotamento é iniciada nas câmaras laterais de alimentação com a segunda liga sendo alimentada através da câmara central e contatando o par de primeiras ligas imediatamente abaixo das paredes divisórias.

[0056] A forma da seção transversal do lingote pode ser qualquer forma conveniente (por exemplo circular, quadrada, retangular ou qualquer outra forma regular ou irregular) e as formas da seção transversais das camadas individuais podem também variar dentro do lingote.

[0057] Uma outra modalidade da invenção é um produto lingote fundido consistindo em um lingote alongado compreendendo, na seção transversal, duas ou mais camadas de ligas separadas de composições diferentes, onde a interface entre as camadas de liga adjacentes está na forma de uma aglutinação metalúrgica substancialmente contínua. Esta aglutinação é caracterizada pela presença de partículas dispersas de uma ou mais composições intermetálicas da primeira liga em uma região da segunda liga adjacente à interface. Geralmente, na presente invenção a primeira liga é aquela na qual uma superfície au-to-sustentada é formada inicialmente e a segunda liga é trazida ao contato com esta superfície enquanto a temperatura da superfície está entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga, ou a interface é subseqüentemente aquecida até uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga. As partículas dispersas preferivelmente têm menos que cerca de 20 μίτι de diâmetro e são descobertas em uma região de até cerca de 200 μηη da interface.

[0058] A aglutinação pode ser também caracterizada pela presença de cristas ou secreções de uma ou mais composições intermetáli-cas da primeira liga estendendo-se da interface para a segunda liga na região adjacente à interface. Esta característica é particularmente formada quando a temperatura da superfície auto-sustentada não foi reduzida até abaixo da temperatura solidus anterior ao contato com a segunda liga.

[0059] As cristas ou secreções preferivelmente penetram menos que cerca de 100 μηι na segunda liga a partir da interface.

[0060] Onde as composições intermetálicas da primeira liga são dispersas ou exsudadas na segunda liga, permanece na primeira liga, adjacente à interface entre as primeira e segunda ligas, uma camada que contém uma quantidade reduzida de partículas intermetálicas e que conseqüentemente podem formar uma camada que é mais nobre que a primeira liga e que pode transmitir resistência à corrosão para o material de revestimento. Esta camada tem tipicamente de 4 a 8 μηι de espessura.

[0061] Esta aglutinação pode também ser caracterizada pela presença de uma camada difusa de componentes de liga da primeira liga na camada da segunda liga adjacente à interface. Esta característica é particularmente formada em casos onde a superfície da primeira liga é resfriada abaixo da temperatura solidus da primeira liga e então a interface entre as primeira e segunda ligas é reaquecida até entre as temperaturas solidus e liquidus.

[0062] Embora não desejando ficar preso a qualquer teoria, acredi- ta-se que a presença dessas características é provocada pela formação de segregados de compostos intermetálicos da primeira liga na superfície auto-sustentada nela formada com sua subseqüente dispersão ou exsudação na segunda liga após ela contatar a superfície. A exsudação dos compostos intermetálicos é auxiliada pelas forças de deslocamento presentes na interface.

[0063] Uma outra característica da interface entre as camadas formadas pelos métodos desta invenção é a presença de componentes de liga da segunda liga entre os limites de grãos da primeira liga imediatamente adjacentes à interface entre as duas ligas. Acredita-se que estas surgem quando a segunda liga (ainda geralmente acima da sua temperatura liquidus) entra em contato com a superfície auto-sustentada da primeira liga (a uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga). Sob essas condições específicas, o componente de liga da segunda liga pode se difundir a uma curta distância (tipicamente cerca de 50 μηι) ao longo dos limites dos grãos ainda líquidos, mas não nos grãos já formados na superfície da primeira liga. Se a temperatura da interface estiver acima da temperatura liquidus de ambas as ligas, ocorrerá a mistura geral das ligas, e os componentes da segunda liga serão encontrados dentro dos grãos bem como nos limites dos grãos. Se a temperatura da interface estiver abaixo da temperatura solidus da primeira liga, não haverá oportunidade para que ocorra a difusão nos limites dos grãos.

[0064] As características interfaciais específicas descritas são características específicas provocadas pela difusão do estado sólido, ou pela difusão ou movimentação de elementos ao longo de caminhos líquidos restritos e não afetam a natureza geralmente distinta da interface total.

[0065] Independentemente de como a interface é formada, a estrutura única da interface fornece uma forte aglutinação metalúrgica na interface e portanto torna a estrutura adequada para laminação em folhas sem problemas associados com uma separação de camadas ou contaminação da interface.

[0066] Em ainda uma outra modalidade da invenção» há um lingote metálico composto» compreendendo pelo menos duas camadas de metal» onde pares de camadas adjacentes são formadas colocando-se em contato a segunda camada de metal com a superfície da primeira camada de metal de forma que quando a segunda camada de metal inicie a contatar a superfície da primeira camada de metal, a superfície da primeira camada de metal esteja a uma temperatura entre as suas temperaturas solidus e liquidus e a temperatura da segunda camada de metal esteja acima da sua temperatura liquidus. Preferivelmente as duas camadas de metal são compostas de ligas diferentes.

[0067] Similarmente em ainda uma outra modalidade da invenção, há um lingote metálico composto, compreendendo pelo menos duas camadas de metal, onde pares de camadas adjacentes são formadas pelo contato da segunda camada de metal com a superfície da primeira camada de metal» de modo que quando a segunda camada de metal inicie o contato com a superfície da primeira camada de metal, a superfície da primeira camada de metal esteja a uma temperatura abaixo da sua temperatura solidus e a temperatura da segunda camada de metal esteja acima da sua temperatura liquidus» e a interface formada entre as duas camadas de metal seja subsequentemente re-aquecida até uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga. Preferivelmente as duas camadas metálicas são compostas de ligas diferentes, [0068] Em uma modalidade preferida, o lingote tem seção transversal retangular e compreende um núcleo da primeira liga e pelo menos uma camada de superfície da segunda liga, a camada de superfície sendo aplicada no lado maior da seção transversal retangular. Este lingote metálico composto é preferivelmente laminado a quente e a frio para formar uma folha metálica composta.

[0069] Em uma modalidade particularmente preferida, a liga do núcleo é uma liga alumínio-manganês e a liga da superfície é uma liga alumínio-silício. Tal lingote composto quando laminado a quente e a frio forma uma folha de soldagem metálica composta que pode ser submetida a uma operação de soldagem para formar uma estrutura soldada resistente à corrosão.

[0070] Em outra modalidade particularmente preferida, a liga do núcleo é uma liga de sucata de alumínio e a liga da superfície é uma liga de alumínio puro. Tais lingotes compostos quando laminados a quente e a frio para formar folhas metálicas compostas fornece produtos reciclados econômicos tendo propriedades melhoradas de resistência à corrosão, capacidade de acabamento de superfície, etc. No presente contexto, uma liga de alumínio puro é uma liga de alumínio tendo uma condutividade térmica maior que 190 watts/m/K e uma faixa de solidificação de menos de 50Ό.

[0071] Em ainda uma outra modalidade particularmente preferida a liga do núcleo é uma liga de alta resistência não tratada termicamente (tal como uma liga Al-Mg) e a liga da superfície é uma liga soldável (tal como uma liga Al-Si). Tais lingotes compostos quando laminados a quente e a frio para formar folhas metálicas compostas podem ser submetidos a uma operação de conformação e usados para estruturas automotivas que podem então ser soldadas ou unidas similarmente.

[0072] Em ainda uma outra modalidade particularmente preferida o núcleo da liga é um liga termicamente tratável de alta resistência (tal como uma liga 2xxx) e a liga da superfície é uma liga de alumínio puro. Tais lingotes compostos quando laminados a quente e a frio formam folhas metálicas compostas adequadas para estruturas de aeronaves. A liga pura pode ser selecionada para resistência à corrosão ou aca- bamento de superfície e deve ter preferível mente uma temperatura solidus maior que a temperatura solidus da liga do núcleo.

[0073] Em ainda outra modalidade preferida a liga do núcleo é uma liga térmica mente tratável de média resistência (tal como uma liga Al-Mg-Si) e a liga da superfície é uma liga de alumínio pura. Tais lingotes compostos quando laminados a quente e a frio formam folhas metálicas compostas adequadas para acabamentos automotivos. A liga pura pode ser selecionada para resistência à corrosão ou acabamento de superfície e deve preferivelmente ter uma temperatura solidus maior que a temperatura solidus da liga do núcleo.

[0074] Em uma outra modalidade preferida, o lingote tem seção transversal cilíndrica e compreende um núcleo da primeira liga e uma camada de superfície concêntrica da segunda liga. Em ainda uma outra modalidade preferida, o lingote tem seção transversal quadrada ou retangular e compreende um núcleo da segunda liga e uma camada de superfície anular da primeira liga.

Breve Descricão dos Desenhos [0075] Nos desenhos que ilustram certas modalidades preferidas desta invenção: [0076] A figura 1 é uma vista em elevação em seção parcial mostrando uma única parede divisória;

[0077] A figura 2 é uma ilustração esquemática do contato entre as ligas;

[0078] A figura 3 é uma vista em elevação em seção parcial similar à da figura 1, mas mostrando um par de paredes divisórias;

[0079] A figura 4 é uma vista em elevação em seção pardal similar à da figura 3, mas com a segunda liga que tenha uma temperatura li-quidus menor que a da primeira liga sendo alimentada na câmara central;

[0080] As figuras 5a, 5b e 5c são vistas planas mostrando alguns arranjos alternativos de câmaras de alimentação que podem ser usados com a presente invenção;

[0081] A figura 6 é uma vista ampliada em seção parcial de uma parte da figura 1 mostrando um sistema de controle de curvatura;

[0082] A figura 7 é uma vista plana de um molde mostrando os efeitos da curvatura variável da parede divisória;

[0083] A figura 8 é uma vista ampliada de uma parte da figura 1 ilustrando uma parede divisória estreitada entre as ligas;

[0084] A figura 9 é uma vista plana de um molde mostrando uma modalidade particularmente preferida de uma parede divisória;

[0085] A figura 10 é uma vista esquemática mostrando o sistema de controle de nível de metal da presente invenção;

[0086] A figura 11 é uma vista em perspectiva de um sistema de alimentação para uma das câmaras de alimentação da presente invenção;

[0087] A figura 12 é uma vista plana de um molde mostrando uma outra modalidade preferida da parede divisória;

[0088] A figura 13 é uma microfotografia de uma seção através da face de união entre um par de ligas adjacentes usando-se o método da presente invenção mostrando a formação de partículas intermetálicas na liga oposta;

[0089] A figura 14 é uma microfotografia de uma seção através da mesma face de união como na figura 13 mostrando a formação de cristas ou exsudatos intermetálicos;

[0090] A figura 15 é uma microfotografia de uma seção através da face de união entre um par de ligas adjacentes processada sob condições fora do escopo da presente invenção;

[0091] A figura 16 é uma microfotografia de uma seção através da face de união entre uma camada de liga de revestimento e uma liga de núcleo fundida usando-se o método da presente invenção;

[0092] A figura 17 é uma microfoto grafia de uma seção através da face de união entre uma liga de revestimento e uma liga de núcleo fundida usando-se o método da presente invenção, e ilustrando a presença do componente da liga de núcleo sozinho ao longo dos limites dos grãos da liga de revestimento na face de união;

[0093] A figura 18 é uma microfoto grafia de uma seção através da face de união entre uma camada da liga de revestimento e uma liga de núcleo fundida usando-se o método da presente invenção, e ilustrando a presença de componentes de liga difundidos como na figura 17; e [0094] A figura 19 é uma microfoto grafia de uma seção através da face de união entre uma camada da liga de revestimento e uma liga de núcleo fundida usando-se o método da presente invenção, e também ilustrando a presença de componentes da liga difundidos como na figura 17.

Melhores Formas de Execucão da Invenção [0095] Em relação à figura 1, o conjunto de molde retangular de lingotamento 10 tem paredes de molde 11 formando parte de uma camisa hidráulica 12 a partir da qual uma corrente de água de refrigeração 13 é distribuída.

[0096] A porção de alimentação do molde é dividida por uma parede divisória 14 em duas câmaras de alimentação. Um canal de entrega de metal fundido 30 e um orifício de entrega 15 equipada com um acelerador ajustável 32 alimentam uma primeira liga em uma câmara de alimentação e um segundo canal de entrega de metal 24 equipado com um canal lateral, um orifício de entrega 16 e um acelerador ajustável 31 alimentam uma segunda liga em uma segunda câmara de alimentação. Os aceleradores ajustáveis 31, 32 são ajustados ou manualmente ou em resposta a algum sinal de controle para ajustar o fluxo de metal nas respectivas câmaras de alimentação. Uma unidade de bloco inferior vertí cal mente móvel 17 apóia um lingote composto embrionário que está sendo formado e se ajusta na extremidade de saída do molde antes de começar o lingotamento e posteriormente é abaixado para permitir que o lingote se forme.

[0097] Conforme mostrado mais claramente em relação à figura 2, na primeira câmara de alimentação, o corpo do metal fundido 18 se resfria gradativamente para formar uma superfície auto-sustentada 27 adjacente à extremidade inferior da parede divisória e então forma uma zona 19 que está entre líquida e sólida e é freqüentemente referida como zona mole. Abaixo dessa zona mole ou semi-sólida há uma liga metálica sólida 20. Na segunda câmara de alimentação é alimentada um segundo fluxo de liga líquida 21 tendo uma temperatura liqui-dus menor que a da primeira liga 18. Esse metal também forma uma zona mole 22 e eventualmente uma porção sólida 23.

[0098] A superfície auto-sustentada 27 tipicamente submete-se a uma leve contração à medida que o metal se separa da parede divisória 14 e então a uma leve expansão à medida que as forças de deslocamento provocadas, por exemplo, pela pressão metalostática do metal 18, surgem. A superfície auto-sustentada tem resistência suficiente para conter tais forças mesmo que a temperatura da superfície possa estar acima da temperatura solidus do metal 18. Uma camada oxidada na superfície pode contribuir para esse equilíbrio de forças.

[0099] A temperatura da parede divisória 14 é mantida a uma temperatura alvo predeterminada por meio de um fluido de controle da temperatura que passa através de um canal fechado 33 que possui uma entrada 36 e uma saída 37 para entrega e remoção do fluido de controle da temperatura que extrai calor da parede divisória de forma a criar uma interface resfriada que serve para controlar a temperatura da superfície auto-sustentada 27 abaixo da extremidade inferior da parede divisória 35. A superfície superior 34 do metal 21 na segunda câmara é então mantida em uma posição abaixo da borda inferior 35 da parede divisória 14 e ao mesmo tempo a temperatura da superfície auto-sustentada 27 é mantida de forma que a superfície 34 do metal 21 contate esta superfície auto-sustentada 27 em um ponto onde a temperatura da superfície 27 fica entre as temperaturas solidus e liqui-dus do metal 18. Tipicamente a superfície 34 é controlada em um ponto levemente abaixo da borda inferior 35 da parede divisória 14, geralmente dentro de cerca de 2 a 20 mm da borda inferior. A camada de interface assim formada entre as duas correntes de liga nesse ponto forma um aglutinante metalúrgico entre as duas camadas sem mistura excessiva das ligas.

[00100] O fluxo (e a temperatura) dos meios de resfriamento necessários para estabelecer a temperatura da superfície auto-sustentada 27 do metal 18 dentro da faixa desejada é geralmente determinado empiricamente pelo uso de pequenos pares termelétricos que são embutidos na superfície 27 do lingote metálico à medida que ele se forma e uma vez estabelecido para uma dada temperatura de composição e fusão para o metal 18 (temperatura de fusão sendo a temperatura na qual o metal 18 é entregue à extremidade interna da câmara de alimentação) ele forma uma parte da prática de lingotamento para tal liga. Foi descoberto em particular que a um fluxo fixo de meios de resfriamento através do canal 33, a temperatura do meio de resfriamento na saída 37 se correlaciona bem com a temperatura da superfície auto-sustentada do metal em localizações predeterminadas abaixo da extremidade inferior da parede divisória, e então fornece um meio simples e eficaz de controlar-se essa temperatura crítica pelo fornecimento de um dispositivo de medição de temperatura tal como um par termelétrico ou um termistor 40 na saída do canal do meio de resfriamento.

[00101] A figura 3 é essencialmente o mesmo molde da Figura 1, mas nesse caso um par de paredes divisórias 14 e 14a é usado divi- dindo a boca do molde em três câmaras de alimentação. Há uma câmara central para a primeira liga metálica e um par de câmaras de alimentação externas para uma segunda liga metálica. As câmaras de alimentação externas podem ser adaptadas para uma segunda e uma terceira liga metálica, em cujo caso as extremidades inferiores das paredes divisórias 14 e 14a podem ser posicionadas diferentemente e o controle da temperatura pode diferir para as duas paredes divisórias dependendo das necessidades particulares para lingotamento e criação de interfaces fortemente aglutinadas entre a primeira e a segunda ligas e entre a primeira e a terceira ligas.

[00102] Conforme mostrado na Figura 4, é também possível reverter as ligas de forma que a primeira corrente de liga seja alimentada nas câmaras externas de alimentação e uma segunda corrente de liga seja alimentada na câmara de alimentação central.

[00103] A Figura 5 mostra vários arranjos de câmaras mais complexos em vista plana. Em cada um desses arranjos há uma parede externa 11 mostrada para o molde e as paredes divisórias internas 14 separando as câmaras individuais. Cada parede divisória 14 entre câmaras adjacentes deve ser posicionada e controlada termicamente de forma que as condições para lingotamento aqui descritas são mantidas. Isto significa que as paredes divisórias podem se estender para baixo a partir da entrada do molde e terminar em diferentes posições e pode ser controlada a diferentes temperaturas e os níveis de metal em cada câmara podem ser controlados em diferentes níveis de acordo com as necessidades da prática de lingotamento.

[00104] É vantajoso fazer a parede divisória 14 flexível ou capaz de ter uma curvatura variável no plano do molde conforme mostrado nas Figuras 6 e 7. A curvatura é normalmente mudada entre a posição de partida 14' e a posição de estado estável 14 de forma a manter uma interface constante através do lingotamento. Isto é alcançado por meio de um braço 25 anexado a uma extremidade do topo da parede divisória 14 e dirigido em uma direção horizontal por um ativador linear 26. Se necessário o ativador é protegido por um escudo de calor 42.

[00105] As propriedades térmicas das ligas variam consideravelmente e a quantidade e o grau de variação na curvatura é predeterminada com base nas ligas selecionadas para as várias camadas no lingote. Geralmente esses são determinados empiricamente como parte da prática de lingotamento para um produto particular.

[00106] Conforme mostrado na Figura 8 a parede divisória 14 pode também ser inclinada 43 na direção vertical no lado do metal 18. Esta inclinação pode variar ao longo do comprimento da parede divisória 14 para também controlar a forma da interface entre uma camada de liga adjacente. A inclinação pode também ser usada na parede externa 11 do molde. Esta inclinação ou forma pode ser estabelecida usando-se princípios, por exemplo, conforme descrito na U.S. 6.260.602 (Wagstaff) e dependerá novamente das ligas selecionadas para as camadas adjacentes.

[00107] A parede divisória 14 é produzida a partir de metal (aço ou alumínio, por exemplo), e pode em parte ser produzida a partir de grafite, por exemplo, usando-se uma inserção de grafite 46 na superfície inclinada. Canais de entrega de óleo 48 e ranhuras 47 podem também ser usados para fornecer lubrificantes ou substâncias repartidas. Naturalmente modalidades de inserções e entrega de óleo podem ser usadas nas paredes externas na forma conhecida na técnica.

[00108] Uma modalidade preferida particular de parede divisória está mostrada na Figura 9. A parede divisória 14 se estende substancialmente paralela à parede lateral do molde 11 ao longo de uma ou de ambas as faces longas (laminação) de um lingote de seção retangular. Próximo às extremidades dos lados longos do molde, a parede divisória 14 tem curvas de 90° 45 e é terminada nas posições 50 no lado longo da parede lateral 11, ao invés de se estender completamente para as paredes laterais curtas. O lingote revestido com tal parede divisória pode ser laminado para manter melhor a forma do revestimento sobre a largura da folha do que ocorre em processos mais convencionais de laminação-revestimento. A inclinação descrita na Figura 8 pode também ser aplicada a este projeto, onde por exemplo, pode ser usado um alto grau de inclinação na superfície curva 45 e um grau médio de inclinação na seção reta 44.

[00109] A Figura 10 mostra um método para controlar o nível de metal em um molde de lingotamento que pode ser usado em qualquer molde de lingotamento, seja para lingotes em camadas ou não, mas é particularmente útil para controlar o nível de metal em espaços confinados como pode ser encontrado em algumas câmaras metálicas em moldes para lingotamento de lingotes de múltiplas camadas. Um fornecimento de gás 51 (tipicamente um cilindro de gás inerte) é anexado a um fluxo controlador 52 que entrega um pequeno fluxo de gás para um tubo de entrega de gás com uma extremidade aberta 53 que é posicionada a uma localização de referência 54 dentro do molde. O diâmetro interno do tubo de entrega de gás na sua saída está tipicamente entre 3 a 5 mm. A localização de referência é selecionada de forma a estar abaixo da superfície superior do metal 55 durante a operação de lingotamento, e esta localização de referência pode variar dependendo das necessidades da prática de lingotamento.

[00110] Um transdutor de pressão 56 é anexado ao tubo de entrega de gás em um ponto entre o controlador de fluxo e a extremidade aberta de forma a medir a contrapressão do gás no tubo. Esse transdutor de pressão 56 por sua vez produz um sinal que pode ser comparado a um sinal de referência para controlar o fluxo de metal que entra na câmara por meios conhecidos daqueles versados na técnica. Por exemplo, pode ser usada uma tampa refratária ajustável 57 em um tubo refratário 58 alimentado em volta a partir de uma entrega de metal 59. No uso, o fluxo de gás é ajustado para um nível baixo apenas suficiente para manter aberta a extremidade do tubo de entrega do gás. Uma peça de fibra refratária inserida na extremidade aberta do tubo de entrega de gás é usada para amortecer as flutuações de pressão causadas pela formação de bolhas. A pressão medida determina então o grau de imersão da extremidade aberta do tubo de entrega de gás abaixo da superfície do metal na câmara e então o nível da superfície do metal em relação à localização de referência e a taxa de fluxo do metal na câmara são portanto controlados para manter a superfície do metal em uma posição predeterminada em relação à localização de referência.

[00111] O controlador de fluxo e o transdutor de pressão são dispositivos comumente disponíveis. É particularmente preferido entretanto que o controlador de fluxo seja capaz de um controle de fluxo confiável na faixa de 5 a 10 cm3/minuto de fluxo de gás. Um transdutor de pressão capaz de medir pressões de até cerca de 0,689 kPa (0,1 psi) fornece uma boa medida de controle de nível de metal (até cerca de 1 mm) na presente invenção e a combinação fornece um bom controle mesmo quando em vista de leves flutuações na pressão provocadas pelo borbulhar lento através da extremidade aberta do tubo de entrega de gás.

[00112] A Figura 11 mostra uma vista em perspectiva de uma porção do topo do molde da presente invenção. Um sistema de alimentação para uma das câmaras de metal é mostrado particularmente adequado para alimentar o metal em uma câmara de alimentação estreita que pode ser usada para produzir uma superfície revestida em um lingote. Nesse sistema de alimentação, é fornecido um canal 60 adjacente à câmara de alimentação tendo várias pequenas calhas 61 conectadas a ele que terminam abaixo da superfície do metal. Os sacos de distribuição 62 feitos de tecido refratário por meios conhecidos na técnica são instalados em torno da saída de cada calha 61 para melhorar a uniformidade da distribuição e da temperatura do metal. O canal por sua vez é alimentado a partir de uma canaleta 68 na qual uma única calha 69 se estende no metal no canal e na qual está inserida uma tampa de controle de fluxo (não-mostrado) do projeto convencional. O canal é posicionado e nivelado de forma que o fluxo de metal flui uniformemente para todas as localizações.

[00113] A Figura 12 mostra um outro arranjo preferido das paredes divisórias 14 para lingotamento de um lingote de seção transversal retangular revestido em duas faces. As paredes divisórias têm uma seção reta 44 substancialmente paralelas à parede lateral do molde 11 ao longo de uma ou de ambas as faces longas de um lingote de seção transversal retangular. Entretanto, nesse caso cada parede divisória tem partes com extremidades curvadas 49 que cruzam a parede da extremidade menor do molde nas localizações 41. Isto é novamente útil em manter a forma do revestimento sobre a largura da folha do que ocorre em processos de laminação-revestimento mais convencionais. Apesar de ilustrada para revestimento em duas faces, ela pode igualmente ser usada para revestimento em uma única face do lingote.

[00114] A Figura 13 é uma microfotografia com aumento de 15X mostrando a interface 80 entre uma liga de Al-Mn 81 (X-904 contendo 0,74% em peso de Mn, 0,55% em peso de Mg, 0,3% em peso de Cu, 0,17% em peso, 0,07% em peso de Si e o saldo sendo Al e as inevitáveis impurezas) e uma liga Al-Si 82(AA4147 contendo 12% em peso de Si, 0,19% em peso de Mg e o saldo sendo Al e as inevitáveis impurezas) fundidas sob as condições da presente invenção. A liga Al-Mn tem uma temperatura solidus de 11901= (64313) e uma temperatura liquidus de 65713 (1215^). A liga Al-Si tem uma te mperatura solidus de 57613 (10701=) e uma temperatura liquidus de 582 13 (10801=). A liga Al-Si foi alimentada no molde de lingotamento de forma que a superfície superior do metal foi mantida de forma que ela contatou a liga Al-Mn em uma localização onde uma superfície auto-sustentada foi estabelecida na liga Al-Mn, mas sua temperatura estava entre as temperaturas solidus e liquidus da liga Al-Mn.

[00115] Uma interface nítida está presente na amostra não indicando nenhuma mistura geral de ligas mas, em adição, partículas de compostos in ter metálicos contendo Mn85 são visíveis em uma faixa de aproximadamente 200 μΐη dentro da liga Al-Si 82 adjacente à interface 80 entre as ligas al-Mn e Al-Si. Os compostos in ter metálicos ao principalmente MnAls e «-AIMn, [00116] A Figura 14 é uma microfotografia a uma ampliação de 200X mostrando a interface 80 da mesma combinação de ligas como na Figura 13 onde não foi permitido que a temperatura da superfície auto-sustentada caísse abaixo da temperatura solidus da liga Al-Mn antes que a liga Al-Si a contatasse, Uma crista ou exsudato 88 é observado estendendo-se da interface 80 em uma liga Al-Si 82 a partir da liga Al-Mn 81 e a crista ou exsudato tem uma composição intermetálica contendo Mn que é similar às partículas da Figura 13. As cristas ou exsudatos se estendem tipicamente até 100 μηη no metal adjacente, A aglutinação resultante entre as ligas é uma aglutinação metalúrgica forte. Partículas de compostos intermetálicos contendo Mn 85 são também visíveis nesta microfotografia e têm um tamanho tipicamente de até 20 μ m.

[00117] A Figura 15 é uma microfotografia (a uma ampliação de 300X) mostrando a interface entre uma liga Al-Mn (AA3003) e uma liga Al-Si (AA4147) mas onde a superfície Al-Mn auto-sustentada foi resfriada a mais de 5Ό abaixo da temperatura solidus da liga Al-Mn, em cujo ponto a superfície superior da liga Al-Si contatou a superfície auto-sustentada da liga Al-Mn. A linha de aglutinação 90 entre as ligas é claramente visível indicando que uma aglutinação metalúrgica insufici- ente foi portanto formada. Há também uma ausência de exsudatos ou composições íntermetálicas dispersas da primeira liga na segunda liga.

[00118] Uma variedade de combinações de ligas foi fundida de acordo com o processo da presente invenção. As condições foram ajustadas de forma que a temperatura da superfície da primeira liga estava entre suas temperaturas solidus e liquidus na superfície superior da segunda liga. Em todos os casos, as ligas foram fundidas em lingotes de 690mm x 159Qmm e 3 metros de comprimento e então processadas por pré-aquecimento convencional, laminação a quente e laminação a frio. As combinações de ligas fundidas estão mostradas na tabela 1 abaixo. Usando-se terminologia convencional, o "núcleo" é a camada de apoio mais espessa em um composto de duas ligas e o "revestimento" é a camada funcional da superfície. Na tabela, a Primeira Liga é uma liga fundida primeiro e a segunda liga é a liga trazida ao contato com a superfície auto-sustentada da primeira liga. TABELA 1 [00119] Em cada um desses exemplos o revestimento foi a primeira liga a se solidificar e a liga do núcleo foi aplicada à liga de revestimento em um ponto onde uma superfície auto-sustentada foi formada, mas onde a temperatura da superfície estava ainda dentro da faixa L-S dada acima. Isto pode ser comparado ao exemplo acima para folhas de soldagem onde a liga de revestimento teve uma menor faixa de fusão que a liga de núcleo, em cujo caso a liga de revestimento (a "segunda liga") foi aplicada à superfície auto-sustentada da liga de núcleo (a "primeira liga"). Foram tiradas microfotografias na interface entre o revestimento e o núcleo nas quatro fusões acima. As microfotografias foram tiradas a uma ampliação de 50x. Em cada imagem a camada de "revestimento" aparece à esquerda e a camada de "núcleo" à direita.

[00120] A figura 16 mostra a interface do lingotamento N2 051804 entre a liga de revestimento 0303 e a liga de núcleo 3104. A interface é nítida na mudança da estrutura de grãos na passagem do material de revestimento para a camada de núcleo relativamente mais ligada.

[00121] A figura 17 mostra a interface do lingotamento N2 030826 entre a liga de revestimento 1200 e a liga de núcleo 2124. A interface entre as camadas está mostrada pela linha pontilhada 94 na figura. Nesta figura, a presença de componentes da liga 2124 está presente nos limites dos grãos da liga 1200 a uma distância curta da interface. Esses aparecem como "dedos" espaçados de material na figura, um dos quais é ilustrado pelo numeral 95. Pode ser visto que os componentes da liga 2124 se estendem por uma distância de cerca de 50 μίτι, o que corresponde tipicamente a um único grão da liga 1200 sob essas condições.

[00122] A figura 18 mostra a interface do lingotamento n2 031013 entre a liga de revestimento 0505 e a liga de núcleo 6082 e a figura 18 mostra a interface do lingotamento n2 030827 entre a liga de revestimento 1050 e a liga de núcleo 6111. Em cada uma dessas figuras a presença de componentes de liga da liga do núcleo é um complemento visível nos limites dos grãos da liga de revestimento imediatamente adjacente à interface.

REIVINDICAÇÕES

Claims (3)

1. Método para lingotamento de um lingote de metal composto compreendendo pelo menos duas camadas formadas de uma ou mais composições de ligas, que compreende o fornecimento de um molde anular de extremidade aberta (10) tendo uma extremidade de alimentação e uma extremidade de saída, onde metal fundido é adicionado na extremidade de alimentação e um lingote solidificado é extraído da extremidade de saída, e paredes divisórias (14) para dividir a extremidade de alimentação em pelo menos duas câmaras de alimentação separadas, as paredes divisórias (14) terminando nas extremidades inferiores das mesmas posicionadas acima da extremidade de saída do molde, com cada câmara de alimentação adjacente a pelo menos uma outra câmara de alimentação, onde para cada par de câmaras de alimentação adjacentes uma primeira corrente de uma primeira liga é alimentada a um dos pares de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal (18) na primeira câmara e uma segunda corrente de uma segunda liga é alimentada através do segundo par de câmaras de alimentação para formar uma poça de metal (21) na segunda câmara, as poças de metal tendo, cada uma, uma superfície superior, contatando-se a poça da primeira liga com a parede divisória entre o par de câmaras para assim resfriar a poça da primeira liga para formar uma superfície auto-sustentada adjacente à parede divisória (14) e caracterizado por permitir a segunda poça de liga (21) contatar a primeira poça de liga (18) de forma que a superfície superior da segunda poça de liga (21) contate a parede divisória (14) em uma posição não mais que 3 mm acima da extremidade inferior da parede divisória ou contate a superfície auto-sustentada (27) da primeira poça de liga em um ponto onde a temperatura da superfície auto-sustentada (27) esteja abaixo da temperatura de solidus da primeira liga para formar uma interface entre a primeira liga e a segunda liga, e reaquecer a interface até uma temperatura entre as temperaturas solidus e liquidus da primeira liga, onde as duas poças de ligas são unidas como duas camadas e resfriar as camadas de liga unidas para formar um lingote composto.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface é reaquecida pelo calor latente da primeira liga e da segunda liga.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a temperatura da segunda liga quando contata inicialmente a superfície auto-sustentada da primeira liga é maior que ou igual à temperatura liquidus da segunda liga.