CN113272085A

CN113272085A - 凝固期间通过压缩金属来半连续浇铸锭

Info

Publication number: CN113272085A
Application number: CN201980088440.8A
Authority: CN
Inventors: L·费勒
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2021-08-17
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: FR3089833B1; FR3089833A1; US11673186B2; EP3894111A1; CN113272085B; US20220062975A1; EP3894111B1; WO2020120919A1

Abstract

本发明涉及一种通过连续浇铸来制造金属锭的方法，包括以下步骤：S1，使金属熔化；S2，通过将液态金属(2)倾倒至坩埚(12)来转移该液态金属；S3，移动坩埚(12)的底板(14)；S4：使液态金属(2)自坩埚(12)的底板(14)逐渐凝固；以及S5，在移动底板(14)的步骤S3期间，向存在于底板(14)和侧壁(13)之间的金属(3)施加压缩力以使金属变形并获得具有较小宽度(L2)的锭(3)，其中压缩力沿平行于第一轴线(X1)的第二轴线(X2)来施加。

Description

凝固期间通过压缩金属来半连续浇铸锭

技术领域

本发明涉及通过半连续浇铸来制造金属锭，尤其是制造钛合金或钛基金属间合金锭。更具体地，本发明涉及由这些金属材料制成的成品或要重熔品的使用性能的非优化。

背景技术

通过半连续浇铸来制造金属锭是已知的。通常，这种制造方法包括以下步骤：

-使来自原材料的金属在一个或几个溢流池10’中熔化，所述原材料具有接近最终所需组成或具有混合后将具有所需组成的特定化学组分。

-将液态金属2’从溢流池10’倾倒至无底坩埚12’。为此，其组成对应于最终所需组成的液态金属2’从最后一个溢流池流入坩埚。坩埚12’的壁通常由铜、铜合金或具有高热导率的材料制成，并且，例如通过在限定的恒温受控温度下循环流体或液体来对其进行冷却以使温度保持在构成它的材料的熔点或劣化温度以下。表面上可能存在铜污染，从而加剧了核/壳化学弥散。在该坩埚12’中，液态金属2’通过从底部(坩埚没有底部)获得热量来冷却并在尽可能靠近壁处凝固。凝固的金属3’然后充当液态金属2’的容器，该液态金属2’继续从池中逐渐倾倒，并且其凝固前沿(对应于凝固的金属3’和形成井的液态金属2’之间的边界)具有半卵形至半球形。

凝固的金属3’形成金属锭。使用滑动棒从底部逐渐从坩埚中取出每个锭，以保持坩埚中的液态金属水平。为此，滑动棒的下降速度与坩埚中液态金属的填充速度(或浇铸速度)成正比。

因此，该方法允许获得金属锭。

然而，金属的凝固宏观结构似乎是非常不均匀且各向异性的。金属的化学组成确实是分散的。此外，在坩埚壁处，枝晶趋于是等轴的；并且在某些情况下，可能会发生偏析和正熔析(positive exudation)。另一方面，在坩埚的最大容积处，枝晶呈柱状或玄武岩状(basaltic)。更具体地说，半连续浇铸中的凝固导致在垂直于凝固前沿的方向上产生带有柱状(或玄武岩状)晶粒的凝固，并且其朝着液井表面的中间传播。然而，枝晶沿着柱状(或玄武岩状)方向的性质与沿其横向的性质不同，因此，每个柱状物或玄武岩状物之间的偏析更加脆弱。

因此，在加工这种柱状凝固结构时，工具的响应是不相同的，取决于枝晶轴的攻角。此外，这种具有两种微结构的层压结构在加工过程中会产生分散。

因此，由此获得的锭的使用性能并没有被优化(考虑到性能的分散和对加工的响应，从最小尺寸曲线确定尺寸)，因为残余孔隙可能存在于未加工的凝固锭中。此外，获得了加工响应的分散度以及原始凝固微观结构在锭的三个方向中流变规律和可锻性规律的离散度，这取决于锭中的位置。当能够转换(锻造、轧制、冲压、挤压等)处于原始凝固微观结构的锭时，遗传性会导致部件中最终微观结构的分散。然而，对于由钛合金或钛基金属间合金制成的锭，由于其流变性和可锻性，原始凝固微观结构不允许进行可行且经济性锻造。最后，对于锭皮方面，浇铸速率慢，相应地增加了制造成本。

已经提议根据锭的设想应用来对如此获得的锭进行额外的操作。

例如，已经提出对锭进行热等静压(或单向热压)的热处理。然而，进行该操作仅能够去除凝固生锭中的残余孔隙，而不会以任何方式改变原始凝固宏观结构。此外，该操作显著地增加了制造成本以及工业周期时间。

还提出对锭进行热处理以允许微观尺度上的冶金转变。然而，这种热处理不会改变原始凝固宏观结构。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提出通过半连续浇铸来制造金属锭，特别是钛合金或钛基金属间合金的金属锭的方法，其中该金属锭的宏观结构与在传统制造方法中获得的柱状宏观结构相比，更均匀且更具各向同性，并且该方法将很容易以适中的成本进行。

为此，本发明提出了一种通过连续浇铸来制造金属锭的方法，包括以下步骤：

S1，使金属全部或部分熔化以获得液态金属；

S2，通过将液态金属流入坩埚中来转移液态金属，所述坩埚具有底板和至少一个侧壁，所述底板和侧壁共同界定配置用于接收液态金属的壳体，所述侧壁沿第一轴线具有第一宽度；

S3，依据液态金属的流速，相对于侧壁以受控速率移动底板；以及

S4，使液态金属自坩埚的底板逐渐凝固。

此外，在移动底板的步骤S3期间，所述方法进一步包括：向存在于底板和侧壁之间的金属施加压缩力以使所述金属变形并获得沿第一轴线具有第二宽度的锭的步骤S5，所述压缩力沿平行于第一轴线的第二轴线来施加，其中该第二宽度小于第一宽度。

以下示出了上述制造方法的一些优选但非限制性的特征，其可单独地或组合地存在：

-在施加压缩力的步骤S5期间，金属正在凝固。

-该制造方法进一步包括：在步骤S5之后，沿第三轴线，向锭施加压缩力以使锭变形并获得沿该第三轴线具有第三宽度的锭的至少一个额外步骤，该第三宽度小于第二宽度。

-制造方法进一步包括，在步骤S5期间，沿与第一轴线相切的一个轴线，向存在于底板和侧壁之间的金属施加额外的压缩力。

-在步骤S5期间，底板也发生变形并且制造方法进一步包括去掉底板的后续步骤。

根据第二方面，本发明提出一种用于根据上述制造方法来通过半连续浇铸制造金属锭的工具，所述工具包括以下元件：

-溢流池，配置用于使金属熔化以获得液态金属；

-具有底板和至少一个侧壁的坩埚，底板和侧壁共同界定配置用于接收液态金属的壳体，所述侧壁沿第一轴线具有第一宽度；

-驱动器，配置用于根据液态金属的流速以受控速率相对于坩埚的侧壁移动坩埚的底板；

-使金属逐渐凝固的构件；和

-变形构件，配置用于向存在于底板和侧壁之间的金属施加压缩力以使所述金属变形并获得沿所述第一轴线具有宽度小于第一宽度的锭，其中所述压缩力沿平行于第一轴线的第二轴线来施加。

以下示出了上述制造方法的一些优选但非限制性的特征，其可单独地或组合存在：

-所述工具进一步包括：在所述变形构件同一平面内延伸并且配置用于向金属同时施加压缩力的额外的变形构件。

-所述工具进一步包括：在所述变形构件的下游延伸并且配置用于在所述变形装置的出口处向所述金属施加压缩力的额外的变形构件。

-变形构件包括以下元件中的至少一个：压力机、轧机。

-变形构件的变形表面中形成有凹槽以限制金属的体积。

附图说明

在阅读以下详细描述，并结合以非限制性示例的方式给出的附图后，本发明的其他特征、目的和优点将变得更加明显，其中：

图1示出了传统的半连续浇铸方法。

图2示出了在工具的实例，该工具可用在向锭中间体施加压缩力之前的根据本发明示例性实施方式的半连续浇铸制造方法中。

图3示出了在使用压力机向锭中间体施加压缩力期间，图2所示的工具。

图4示出了在使用轧机向锭中间体施加压缩力期间，可用在根据本发明示例性实施方式的半连续浇铸制造方法中的工具的第二实施例。

图5示出了根据本发明的半连续浇铸方法的一个示例性实施方式的步骤流程图。

图6示出了其中形成有凹槽的辊的示例。

具体实施方式

本发明提出通过半连续浇铸来制造金属锭，通过在凝固过程中对金属3施加压缩力来破坏枝晶，以得到三维结构得到改进的晶粒(再结晶成等轴晶粒)。因此，这种热成型允许以简单且廉价的方式，显著地改善材料的特性和最终加工条件。

金属可特别包括钛基合金或钛基金属间复合物。

钛基合金可例如包括以下合金中的至少一种：Ti17(Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr)、Ti-β-16、Ti21S(Ti-15Mo-3Nb-3Al-0.2Si，ASTM级别21)、Ti6242(Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo)、Ti6246(Ti6Al-2Sn-4Zr-6Mo)、Ti5553(Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr)、Ti1023(Ti-10V-2Fe-3Al)、TA6V(Ti-6Al-4V)等。

金属间合金例如可以包括钛基金属间合金，尤其包括钛铝化物，其中：

-具有γ和柱状α2相的钛铝化物，例如Ti-48Al-1V-0.3C、Ti-48Al-2Cr-2Nb(也称为“GE48-2-2”)或Ti-48Al-2Nb-0.75Cr-0.3Si(又名“DaidoRNT650”)；

-具有γ和等轴α2相的钛铝化物，例如Ti-45Al-2Nb-2Mn+0.8TiB2(也称为“Howmet45XD”)、Ti-47Al-2Nb-2Mn+0.8TiB2(也称为“Howmet 47XD”)、Ti-47Al-2W-0.5Si-0.5B(又称“ABB-23”)或Ti-48Al-1.3Fe-1.1V-0.3B；

-具有β、γ和等轴α2相的铝化物，例如Ti-47.3-Al-2.2Nb-0.5Mn-0.4W-0.4Mo-0.23Si、Ti-46.5Al-3Nb-2Cr-0.2W-0.2Si-0.1C(也称为“K5SC”)、TI-46Al-5Nb-1W、Ti-47Al-3.7(Cr,Nb,Mn,Si)-0.5B(也称为“GKSSTAB”)、Ti-45Al-8(Nb,B,C)(也称为“GKSS20TNB”)、Ti-46.5Al-1.5Cr-2Nb-0.5Mo-0.13B-0.3C(也称为“395M”)、Ti-46Al-2.5Cr-1Nb-0.5Ta-0.01B(也称为“Planseeγ-MET”)、Ti-47 Al-1Re-1W-0.2Si(也称为“Onera G4”)、Ti-43Al-9V-0.3Y、Ti-42Al-5Mn、Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B或Ti-45Al-4Nb-4Ta.25。

应当指出的是，在上面的列表中，所有数值都表示它们前面的元素的原子百分比(at％)。因此，合金Ti-48Al-2Cr-2Nb包含，以原子百分比计，48％的Al、2％的Cr、2％的Nb和用于达到100％的钛(Ti)。

在下文中，“锭中间体3”是指施加压缩力而凝固的金属部分3，并且“最终锭”是液态金属2在工具1出口处的部分。

在第一步骤S1期间，液态金属2是熔化态的，以获得液态金属2。

该步骤可以在工具1中常规地进行，该工具1包括一个或多个溢流池10，其中使用具有接近最终所需组成或特定化学组成的原材料。

溢流池10可由包括铜、铜合金或任何具有高热导率的其他材料制成。例如通过在所限定的恒温受控温度下循环流体或液体(例如水)来使每个溢流池10的温度保持在构成它的材料的熔点或劣化温度以下。

为获得熔融液态金属2，可以通过任何加热装置/方式11使原材料熔化。例如，使用以下加热装置/方式中的至少一种：电弧、感应、等离子弧和/或电子轰击。

例如，可用于这种熔化的工业装置包括真空感应或分压熔化炉、压力控制等离子弧熔化炉(称为PAM炉)、真空电子轰击熔化炉(称为EB炉)，或结合这些加热方式中的几种的熔化炉。

此外，可以根据为最终锭所选应用来控制气氛。因此，在熔化步骤S1期间，可使炉处于真空下以避免与熔融液态金属2发生任何化学反应。或者，可使炉处于受控压力的惰性气体中，以避免与熔融液态金属2发生任何化学反应。在另一变型中，可使炉处于受控压力的特定气体中，以允许液态金属发生化学反应，并使这种气体元素填充合金的化学组成。

该使金属熔化的第一步骤S1是常规的，在此不再详述。

在第二步骤S2期间，由此获得的液态金属2通过流动转移到坩埚12中，要么直接从第一溢流池10，要么经由一个或多个中间溢流池10，例如通过溢出来转移。

坩埚12包括底板14和至少一个侧壁13，它们共同界定了配置用于接收液态金属2的壳体。

坩埚12的形状取决于想要获得的最终锭的形状。由此，在坩埚12具有圆形或曲截面的情况下，坩埚12的侧壁13可以仅包括一侧，或在坩埚12具有平行六面体形状或任何其他形状的情况下，其侧壁也可包括多侧。

该侧壁13的最大宽度等于第一宽度L1。宽度在本文中是指与侧壁13的内表面形成的闭合曲线相切的两条平行直线(或“支撑线”)之间的距离，在两个不同点处径向界定壳体。最大宽度则对应于界定壳体的内表面的最大宽度。例如，在圆形截面的壳体的情况下，最大宽度等于圆的直径。或者，在多边形截面的壳体的情况下，最大宽度对应于多边形的对角线。

底板14被配置为密封地封闭坩埚12并防止液态金属2泄漏。为此，底板14可以比侧壁13宽，并且抵靠其下表面，以形成紧密密封。或者，底板14可以以配合的方式进入壳体。底板14的宽度于是在圆周的任何点处基本上等于侧壁13的宽度，使得底板14与侧壁13的内表面形成表面接触，该接触形成紧密密封。此外，底板14在第一轴线X1处的宽度等于第一宽度L1。

优选地，底板14由铜、铜合金、铝、铝合金或任何具有高热导率并且在液态金属2的熔化温度下可变形的其它材料制成。这样，底板14扩散来自金属的热，从而促进和凝固前沿4的冷却和形成。在合适的情况下，可以用冷却流体，诸如水来喷射或喷洒底板14。

在适当的情况下，底板14可以覆盖有形成扩散屏障的层，以防止底板14的化学元素向金属扩散。

在第三步骤S3期间，坩埚12的底板14沿纵向轴线X依据液态金属2的流速以受控速度相对于侧壁13移动，以便使金属3离开坩埚12。为此，驱动器固定在底板14上，以允许其沿垂直于底板14的纵向轴线X拉动。

例如，驱动器可以固定在与纵向轴线X同轴的棒16上，棒16本身固定在底板上，以沿着所述轴线X移动该板。

通常，底板14的下降速率与浇铸速率成比例，以保持坩埚12中的液态金属2的水平。

在随附第三步骤S3的第四步骤S4期间，液态金属2逐渐凝固。凝固自底板14处开始，并且沿坩埚12的口部15的方向逐渐传播，液态金属2通过该口部15转移。液态金属2越靠近侧壁13和底板14处越开始凝固，并且凝固前沿4随着其移动而逐渐远离底板14。凝固的金属3然后充当液态金属源2的容器。

为此，通过常规方式，例如循环处于限定的恒温控制温度的流体或液体(例如水)的循环来冷却侧壁13和底板14。此外，使在底板14和侧壁13之间的液态金属2凝固并与侧壁13形成密封，从而防止任何液态金属2的泄漏。

在第五步骤S5期间，随附移动底板14的步骤S3，在凝固过程3(下文中，锭中间体)期间，向金属施加至少一次压缩力以破坏枝晶。

为此，工具1包括配置用于向锭中间体3施加压缩力的变形构件20。这些变形构件20可尤其包括一个或多个压力机21和/或一个或多个轧机20。压力机21和轧机20围绕纵向轴线X沿着一排或几排分布(取决于凝固中的金属3是否受到一个或多个连续压缩力)。

优选地，工具1包括沿纵向轴线X的至少两排的串联变形构件20。

需要注意的是，在该步骤S5中，被施加压缩力的金属3必须正在凝固但尚未凝固。它必须处于包含液态金属和固态金属的阶段(也称为“锻造熔融”阶段)，其中金属的孔隙率比处于固态时更好。需要特别注意的是，在液固期(liquid and solid well)，温度(温度梯度)范围很广，最热的区域位于液体的中心表面，最冷的区域位于冷却的固体表层。在合金中，从固态到液态(反之亦然)的转变不是在精确的温度下发生的，而是在一个温度范围内发生的。金属3是100％固态，其温度局部低于被称为固相线的温度。液态金属2是100％液态，其温度高于被称为液相线的温度。在这两种状态之间，金属被称为糊状(锻造熔融相)，为液体和固体的混合，其温度介于固相线和液相线之间。在第一次压缩步骤期间，寻求该区域在锤或工作辊下方的最大值。

因此，步骤S5不是热静态压缩。

为此，在步骤S5期间，锭的温度是各向异性的，并且处于金属3的冷却表层的温度至核心的温度的温度梯度中，其中金属3的冷却表层的温度显著低于固相线，而核心的温度则期望高于固相线温度(在压缩下取出的一部分糊状金属)。优选地，核心的温度高于液相线温度。另外，需要注意的是，在与压缩有关的变形下，存在被称为绝热加热的加热，其使温度升高，尤其是在温度较低时。这对于变形构件20的第一阶段(即第一组锤或辊)尤是如此。对于其他阶段，核心的温度可能低于固相线温度。

在步骤S5期间，沿平行于第一轴线X1的方向垂直于纵向轴线X来施加压缩力，以使金属变形并获得沿该方向具有第二宽度L2的锭中间体3，其中该第二宽度L2小于第一宽度L1。在适当的情况下，可以进一步地进行以下：

-在与第一轴线X1同一平面中，沿与第一轴线X1相切的轴线(图中未示出)同时施加第二压缩力；

-或相继地，随后沿可平行于第一轴线X1的轴线施加第二压缩力(步骤S6，参见图3和图4中的轴线X2和轴线X3)。

这些步骤S5、S6允许在金属3的凝固过程中破坏柱状和玄武岩状枝晶，同时仍处于半液态(糊状)相，使得在锭中间体3中发生等轴再结晶并改进最终锭的表层的表面状况。此外，与现有技术相比，可以通过提高驱动器的拉伸速率来提高浇铸速率，从而缩短总熔化时间以及降低最终锭的制造成本。

优选地，在凝固期间，向金属3施加至少两个连续的压缩力，以获得具有宏观结构为等轴晶粒的最终锭。最终锭则具有第三宽度L3，该第三宽度小于第一宽度L1和第二宽度L2。

在变形构件20包括至少一个压力机的情况下，每个压力机20包括彼此相对放置并沿与纵向轴线X相交的同一方向移动的一对锤21，其中，锤21的运动是同步的。在适当的情况下，多对锤21可以在同一平面中延伸并一起形成单排。同一排中成对的锤21可以是同步的，以便同时对锭中间体3的相对面施加压缩力，并由此限制其体积。

当通过压力机20向锭中间体3施加至少两个连续的压缩力时，成对的锤21在平行平面中延伸，每个平面形成一排。

应当理解的是，工具1可以包括数量大于或等于两对的锤21，锤21的数量总是偶数。

在步骤S5期间，每对锤21以与底板14相同的速率沿纵向轴线X移动，以便在施加压缩力期间跟随锭中间体3并将其向下排出，然后返回到其初始位置以便将压缩力施加到后续的锭中间体3(它位于刚被压缩的锭中间体的正上方)上。优选地，在施加压缩力期间，锤21沿纵向轴线X的移动速率基本上等于浇铸速率。

每个压力机20可以是机械式的、液压式的或混合式的。

在变形构件20包括至少一个轧机的情况下，每个轧机20包括沿第一轴线X1延伸的彼此相对的两个辊23。在适当的情况下，多对辊23可以在同一平面中延伸，并一起形成单排。在同一排中的辊对23可放置为限制锭中间体3的体积。

当向锭中间体3施加至少两个连续的压缩力时，辊对23可以在平行平面中延伸，每个平面形成一排。

应当理解的是，工具1可以包括数量大于或等于两对的辊23，辊23的数量总是偶数。

在步骤S5期间，选择辊23的旋转速率，使得在施加压缩力期间，它们的滚动表面跟随锭中间体3并使得所述锭向下排出。在适当的情况下，可以对每对辊23的速率进行调整，类似于在两辊轧制线已经进行的调整。更具体地，在两辊轧制的情况下，轧机的两个圆柱辊或空竹辊在受力和变形下工作。辊之间的气隙是固定的，它们的旋转引起运行。滚筒用水冷却。

无论替代实施方式如何，每个锤21和每个辊23的压缩力的施加表面上均可形成凹槽22，以限制锭中间体3的体积(见图6)。换句话说，迫使锭中间体3沿纵向轴线X延长，凹槽22被成型为通过防止径向于纵向轴线X的平面内的膨胀来减小其的截面和宽度。凹槽22的形状和尺寸基于坩埚12的侧壁13的形状和尺寸和最终锭所需的形状(圆形、方形、矩形、棱柱形截面、任何轮廓等)和尺寸来选择。

或者，当多对变形构件20放置在垂直于纵向轴线X的同一平面中时，所述变形构件20相对于锭中间体3放置，从而它们的施加表面形成管状物(spout)(其形状和尺寸取决于坩埚12的侧壁13和最终锭的形状和尺寸)，以限制所述锭中间体3的体积并保证其纵向变形。

优选地，例如用水，对变形构件20进行冷却和润滑。

在适当的情况下，工具1可以进一步包括一个或多个在变形构件20处延伸的加热装置，以改进对锭中间体3的温度控制，提高轧制温度并降低变形构件的20应力。

调整变形构件20的运动速率(锤21的平移和辊23的旋转)，以保证压缩力均匀地施加到锭中间体3上。因此，源自壳体中的正在凝固的金属3的任何部分都在步骤S5中被压缩。

在一个实施方式中，底板14也在步骤S5期间变形，以保证所有离开壳体的金属都被变形构件20很好地压缩(见图3和图4)。这进一步允许简化方法S，因为不必将锤21或辊23间隔开，以避免底板14变形，并允许其通过。

在适当的情况下，工具1可以包括配置用于检测在第一排上产生的应力以及基板14到达变形构件20的探测器。

应当指出的是，从底板14到达第一排压力机20和/或轧机20的那一刻起，可以提高浇铸速率，使得液态金属井2的深度最接近第一排的气隙，从而保证锭中间体3的金属确实处于半液相。通常，当探测器检测到第一排辊23或锤21上产生的应力时，可以增加浇铸速率。

在一个实施方式中，变形构件20可以形成驱动器的全部或部分，并且用于在步骤S3期间向下移动底板14和正在凝固的金属3。为此，用于移动最下游排的构件的气隙可以基本上等于棒16的宽度。因此，棒16的宽度和形状基本上等于最终锭的宽度和形状。

或者，驱动器可包括被配置用于移动棒16直到底板14到达第一排变形构件20的特定机构。然后，在适当的情况下，该特定机构可与棒16脱离，驱动器的作用由变形构件20接管，从而棒16的运动与变形构件20的运动(锤21的平移或辊23的旋转)同时进行。

在轧机20的情况下，需要注意的是，对于圆棒型锭，金属在工具1出口处的速率V1根据所期望的锭3的最终半径R₁、锭的初始半径R₀及浇铸速率V₀(工具1的口部15处)来确定：

V₁＝V₀×R₀ ²/R₁ ²

在锭具有任意初始截面S₀和任意最终截面S₁的情况下，在工具1的出口处的速率V₁限定如下：

V₁＝V₀×S₀/S₁

一般而言，当工具1包括多区段轧机20时，第n区段轧机20出口处的锭3的速率V_n限定如下：

V_n＝V_n-1×S_n-1/S_n

以本身已知的方式，辊n的旋转速率可通过考虑空竹辊的最小半径、锭3在第n区段辊的出口处的速率V_n以及考虑测试所限定的温度滑差因子来确定。

在同时实现两种运动(沿长度方向的纵向运动V_L和以给定速率V_R使材料变形的径向运动)的压力机20的情况下，给定区段n且接触面积为A的锤21的径向压力使得以以下速率材料上下运动：

A/(S_n-1+S_n)×V_R×Cste

其中：Cste是依据测试所限定的温度和滑差确定的常数。

为了保证坩埚沿纵向方向中相同的浇铸速率V₀，n区段锤21的速率V_L必须等于：

V_L＝V_n-1+N×A/(S_n-1+S_n)×V_R×Cste

其中：N是每区段的锤数量。

因此，锭3在改区段的出口处的速率V_n为：

V_n＝V_L+N×A/(S_n-1+S_n)×V_R×Cste

锤21/辊23施加的压力基于气隙、锭3的截面比(S_n-1/S_n)和流动应力来确定，以免达到压力机或轧机20的最大功率。一般而言，平均流动应力取决于平均温度(核心和周边之间)和变形速率(随上述速率而变化)。

根据本发明的方法S能够减少用常规半连续浇铸导致的柱状凝固、正偏析和对齐偏析相关的非常各向异性的宏观结构。最终锭的性能以及这种原始凝固结构的加工条件得到显著改善。具体地：

-柱状晶粒的消除使得机械性能和动力学性能是各向同性的，沿垂直于凝固前沿4的方向和沿平行于其的方向具有相同的特性。

-柱状晶粒的消除使得加工压缩力沿这些相同方向是各向同性的。加工应力松弛更具各向同性，从而减少了部件变形的发散，简化了加工范围，降低了制造成本，缩短了制造周期。

-对齐的正偏析的消除减少了使用性能和加工条件的发散，改进了尺寸性，并降低了尺寸报废的风险。

-凝固过程中锭表面渗出物的消除也减少了性能和加工条件的发散。

方法S允许获得可变形的锭，从而获得：

-使用性能可提高15％的棒状或坯锭(billet)的半成品。一经冷却，最终锭经过轧制、锻造、冲压、挤压等而热变形，以形成用于后续冷却或热变形和/或加工的棒状物或坯锭。

-使用性能和对加工的响应的发散性得到显著改善的铸造棒状凝固生锭。具体地，在加工前，可省略热等静压处理。

-坯料(slug)或坯(blank)、凝固生锭。一经冷却，将最终锭切成成坯料或坯，并可通过锻造、轧制、冲压、挤压等方式在尽可能靠近最终部件侧面处进行热变形，而不会是零件上的最终微观结构分散。

Claims

1.一种通过连续浇铸来制造金属锭的方法(S)，包括以下步骤：

S1，使金属全部或部分熔化以获得液态金属(2)；

S2，通过使液态金属(2)流入坩埚(12)来转移所述液态金属(2)，所述坩埚(12)具有底板(14)和至少一个侧壁(13)，所述底板和侧壁共同限定被配置用于接收所述液态金属(2)的壳体，所述侧壁(13)沿第一轴线(X1)具有第一宽度(L1)；

S3，依据所述液态金属(2)的流速，相对于所述侧壁(13)以受控速率移动所述底板(14)；以及，

S4，使所述液态金属(2)自所述坩埚(12)的底板(14)逐渐凝固；

该制造方法(S)的特征在于，所述方法进一步包括：在移动所述底板(14)的步骤S3期间，向存在于所述底板(14)和所述侧壁(13)之间的金属(3)施加压缩力以使所述金属变形并获得沿所述第一轴线(X1)具有第二宽度(L2)的锭(3)的步骤S5，其中所述压缩力沿平行于第一轴线(X1)的第二轴线(X2)来施加，所述第二宽度小于所述第一宽度(L1)；并且特征在于，在步骤S5期间，所述底板(14)也发生变形，并且所述制造方法(S)还包括去掉所述底板(14)的后续步骤(S7)。

2.根据权利要求1所述的制造方法(S)，其中，在施加压缩力的步骤S5期间，所述金属正在凝固。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法(S)，进一步包括：在步骤S5之后，沿第三轴线(X3)，向所述锭(3)施加压缩力以使所述锭(3)变形并获得沿第三轴线(X2)具有第三宽度(L3)的锭(3)的至少一个额外步骤(S6)，所述第三宽度(L3)小于所述第二宽度(L2)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的制造方法(S)，进一步包括：在步骤S5期间，沿与所述第一轴线(X1)相切的轴线，向存在于所述底板(14)和所述侧壁(13)之间的金属施加额外的压缩力。

5.一种用于根据权利要求1至4中任一项所述的制造方法(S)来通过连续浇铸制造金属锭的工具(1)，所述工具(1)包括以下元件：

溢流池，配置用于使金属熔化以获得液态金属(2)；

具有底板(14)和至少一个侧壁(13)的坩埚(12)，所述底板(14)和所述至少一个侧壁(13)共同界定配置用于接收所述液态金属(2)的壳体，所述侧壁(13)沿第一轴线(X1)具有第一宽度(L1)；

驱动器(20)，配置用于依据所述液态金属(2)的流速以受控速率相对于所述侧壁(13)移动所述底板(14)；以及

使所述金属(3)逐渐凝固的构件；

所述工具(1)的特征在于，进一步包括：变形构件，配置用于向存在于所述底板(14)和所述侧壁(13)之间的金属(3)施加压缩力以使所述金属变形并获得沿所述第一轴线(X1)具有宽度小于所述第一宽度(L1)的锭(3)，其中所述压缩力沿平行于所述第一轴线(X1)的第二轴线(X2)来施加。

6.根据权利要求5所述的工具(1)，进一步包括：在所述变形构件同一平面内延伸并且配置用于向所述金属同时施加压缩力的额外的变形构件。

7.根据权利要求5或6所述的工具(1)，进一步包括：在所述变形构件的下游延伸并且配置用于在所述变形构件的出口处向所述金属施加压缩力的额外的变形构件。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的工具(1)，其中，所述变形构件(20)包括以下元件中的至少一个：压力机、轧机。

9.根据权利要求8所述的工具(1)，其中，在所述变形构件(20)的变形表面中形成有凹槽(22)以限制所述金属(3)的体积。