CN106890980A - 复合锭的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于铸造复合金属锭的方法和设备，该复合金属锭包括至少两个由一种或多种合金分别形成的层，该方法包括：提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体；提供铸造结晶器，该基材和铸造结晶器可彼此相对移动，其中该铸造结晶器包括给铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向下浇铸到基材上的至少一个出口的输出端，在使铸造结晶器和基材连续彼此相对移动时，通过铸造结晶器的至少一个出口在这样的温度将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，在重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池，在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合该基材，从而在从铸造结晶器离开之前形成复合锭。

Description

复合锭的铸造方法

技术领域

本发明涉及用于铸造复合金属锭的方法和设备，该复合金属锭包括至少两个分别由一种或多种合金形成的层。

背景技术

多年来，金属锭、尤其是铝锭一直是利用半连铸工艺来制造，该工艺被称为直冷铸造或电磁铸造。在该工艺中，熔融金属被注入无底结晶器的顶部中，并且在金属排出时直接将冷却介质施加到金属的固化表面。这样的系统常被用来制造用于制造轧制产品如铝合金板材的大方锭。由至少两层不同合金构成的复合锭的市场十分广阔。这样的铸锭被用于经轧制来制造用于各种不同用途的包覆板，例如钎焊板、航空器用板、汽车包覆板和期望表面性能不同于芯材性能的其它用途。

获得这种包覆板的传统做法是将由不同合金构成的板坯热轧接合，从而例如通过焊接将两者结合，随后连轧制成最终产品，这样做的缺点是，板坯之间的界面通常在冶金学层面上是不洁净的并且层和层的相互接合可能有问题。

发明内容

本发明的目的是制造由至少两层构成的复合金属锭。

本发明的进一步目的是制造由至少两层构成的复合金属锭，所述复合金属锭在接合的层之间具有改善的冶金接合状况。

本发明通过提供一种复合金属锭的铸造方法来满足这些和其它的目的以及其它优点，该复合金属锭包括至少两个分别由一种或多种合金形成的层，该方法包括以下步骤：

(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体；

(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器包括给该铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向下浇铸到基材上的至少一个出口的输出端；

(c)在使铸造结晶器和基材连续彼此相对运动时，在这样的温度通过铸造结晶器的该至少一个出口将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，从重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池，并且在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合基材，从而在从铸造结晶器离开前形成复合锭。

本发明的一个重要特点是，在使铸造结晶器和基材连续彼此相对移动时，熔融的第二合金接触由第一合金构成的基材的上表面，熔融的第二合金的温度高到足以保证基材局部变热到基材在局部范围至少部分重熔，由此一来，来自该基材的熔融材料或浆状金属扩散到熔融的第二合金中或与熔融的第二合金混合。

因为基材仅在薄表面层中重熔，所以总存在于铝表面上的铝氧化皮被破坏，甚至可能完全消失。这允许当在铸造结晶器和基材连续彼此相对移动的情况下熔融合金连续冷却凝固时，基材和熔融的第二合金紧密接触而形成强力接合，产生了复合锭。因为只是基材的薄表面层被熔化，其厚度一般不到约2毫米，在最佳的例子中厚度为约40微米至60微米，所以被吸收入第二合金中的合金元素量小，不必造成任何严重的冶金学问题。如果合适，第二合金的成分可被调整以接纳重熔的基材并使凝固在基材上的包覆层的最终成分为预定的目标成分。

由第一合金构成的基材和第二合金层之间界面的独特结构保证了在界面处的强力冶金接合，一般呈基本连续的冶金接合形式，因此使得该结构适用于轧制成箔材、薄板材和中厚板，而不会有与层离或界面污染有关的问题。

本发明方法的一个优点是，它不需要如美国专利US7250221先前所述的那样在由第一合金构成的基材的表面上形成许多掏洞，这对于工业规模用途来说劳动强度非常大并且不经济划算。本发明方法的另一个优点是它按照(半)连续方式进行。

具体实施方式

根据本发明的方法包括以下步骤：

(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体；

(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器包括给铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向下浇铸到基材上的至少一个出口的输出端；

(c)在使铸造结晶器和基材连续彼此相对运动时，在这样的温度通过铸造结晶器的该至少一个出口将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，自重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池，并且在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合基材，从而在自铸造结晶器离开前形成复合锭。

该基材最好在接触第二合金时不弯曲，因为弯曲会把不希望有的应力带入在本发明的一个优选实施例中采用的厚基材中。按照优选方式，在将熔融的第二合金浇铸到基材上时，保持该基本平坦的表面为基本水平。基材上表面优选就在紧跟着铸造结晶器的上下游处以及当基材被输送经过铸造结晶器时是水平的。

优选的是，熔融的第二合金从基材上方被送到基材上表面上，此时基材是水平的，更优选的是，铸造结晶器没有转动。

在本方法的一个实施例中，基材被预热到在以摄氏度(℃)为单位的其熔化温度的0.5至0.95且优选是0.5至0.80的范围内的一个温度，例如对于铝合金基材，在铸造结晶器的入口处被预热到约400℃温度或约450℃温度。适当的加热机构选自包括烧嘴、电子束、电阻和高频感应线圈或任何其它局部加热机构的组。按照工业生产规模，优选高频感应线圈或线圈阵列。通过恰好在第二合金层接合前加热基材，实现了基材上的氧化皮被削弱，这使得通过经铸造结晶器出口接触到基材的熔融的第二合金更容易破坏氧化皮。这样一来，氧化皮更容易被破坏，并且熔融的第二合金离开铸造结晶器输出端的温度可被设定在较低的温度。

理想的是，由第一合金构成的长条形固体的基材具有基本平坦的表面，第二合金通过本发明方法被接合到该表面。为了形成双面包覆基材，按照上述方式在一面被包覆的基材可以被翻转，并且本发明的方法在原先的基材下表面上重复进行。

在另一个替代方式中，可以施加另一个层到按照本发明方法形成的复合锭的上表面，于是施加到第二合金层的上表面。该另一个层可以通过本领域已知的不同技术来施加，或者作为替代方式，本发明的浇铸方法也可以被用来施加另一个层到复合锭上。

按照优选方式，在将熔融的第二合金浇铸到基材上时保持该基本平坦的表面为基本水平。基材优选在接触第二合金时不弯曲。

在一个实施例中，该基材的基本平坦的表面由经过铣削或剥皮的铸锭的轧制上表面形成，该铸锭例如是通过例如DC铸造(直冷铸造)或EMC铸造(电磁铸造)方式制成的铸锭，这些方式都是现有技术中众所周知的技术并提供了厚度最大为约500毫米且厚度一般在约200毫米至450毫米范围内的基材。理想的是，在施加第二合金层前，基材被剥皮或铣削，以除去源于锭铸造的铸造表面附近的偏析区，从而表面缺陷将不会被加工到最终产品中。

Claims (5)

1.一种铸造复合金属锭的方法，该复合金属锭包括至少两个由一种或多种合金分别形成的层，该方法包括：

(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体；

(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器包括给该铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将该熔融的第二合金向下浇铸到该基材上的至少一个出口的输出端；

(c)在使该铸造结晶器和该基材连续地彼此相对运动时，在这样的温度通过该铸造结晶器的该至少一个出口将该熔融的第二合金向下浇铸到该基材的上表面；

其中在该温度，自重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与该熔融的第二合金混合而形成合金液池，并且在重熔之后，熔融的合金液池连续冷却并在远离该基准点的位置凝固并接合该基材，从而在离开该铸造结晶器前形成该复合锭。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该复合锭包括铝合金基材，该铝合金基材的厚度为至少40毫米，该第二合金层的厚度为该基材的厚度的2％至30％。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材由铝合金构成，该铝合金在该熔融的第二合金被浇铸到该基材上之前被均质处理。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材在该熔融的第二合金被浇铸到该基材上之前被铣削。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材由轧制板材的轧制上表面部构成。