CN114786837A - 经由直冷(dc)路线生产的未再结晶锻造材料的减小的最终晶粒尺寸 - Google Patents

经由直冷(dc)路线生产的未再结晶锻造材料的减小的最终晶粒尺寸 Download PDF

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Abstract

可通过在铸造期间预设抑制再结晶的弥散体来改善可交付金属产品的晶粒尺寸。直冷铸锭坯的外部区域可在铸造完成之前经历再加热。通过独特的刮片放置和/或其他再加热技术，可准许再加热所述锭的温度(例如，高达大约410℃至大约420℃)，从而允许形成弥散体。熔融池的搅拌和/或搅动可促进形成更深的池和铸态的如所期望细的晶粒尺寸。在铸造期间和/或紧接铸造之后形成弥散体可将晶界定于所述如所期望细的晶粒尺寸，从而甚至在之后的再结晶和/或固溶化步骤之后也能促成相同的晶粒尺寸。

Description

经由直冷(DC)路线生产的未再结晶锻造材料的减小的最终晶 粒尺寸
相关申请的交叉引用
本申请要求2019年12月20日提交的美国临时申请号62/951,884的权益和优先权，该申请特此以引用方式全文并入。
技术领域
本公开总体上涉及金属铸造，并且更具体地涉及直冷铸造难加工的铝合金。
背景技术
在直冷(DC)铸造中，将熔融金属传递到具有假底或活底的模具型腔中。当熔融金属通常从顶部进入模具型腔时，假底以与熔融金属的流率相关的速率降低。在侧面附近凝固的熔融金属可用于将液态和部分液态金属保留在熔融池中。金属可以是99.9%固体(例如，完全固体)、100%液体以及其间的任何值。由于熔融金属冷却时固体区域的厚度增加，因此熔融池可呈V形、U形或W形。固体金属和液体金属之间的界面有时被称为凝固界面。
当熔融池中的熔融金属变成在大约0%固体与大约5%固体之间时，可发生成核并且可形成金属的小晶体。这些小(例如，纳米尺寸)晶体开始形成为晶核，随着熔融金属冷却，这些晶核继续沿优先方向生长以形成枝晶。随着熔融金属冷却到枝晶搭接点(例如，在用于饮料罐端部的5182铝中为632℃)，枝晶开始粘在一起。取决于熔融金属的温度和固体百分比，晶体可包括或捕获不同的颗粒(例如，金属间化合物或氢气泡)，诸如在某些铝合金中，FeAl6、Mg2Si、FeAl3、Al8Mg5和气态H2的颗粒。
另外地，在凝固的铝首先开始冷却时，它不能在其α相中承载尽可能多的合金元素，并且因此凝固界面周围的熔融金属可能具有成比例地更高浓度的合金元素。因此，不同的组合物和颗粒可在凝固界面处或附近形成。另外地，池内可能存在停滞区域，这可能会导致这些颗粒的优先积聚。
合金元素在晶粒的长度尺度上的不均匀分布被称为显微偏析。相反，宏观偏析是在大于晶粒(或晶粒数量)的长度尺度(诸如长达数米的长度尺度)上的化学不均匀性。
某些铝合金(诸如7xxx系列合金)可能特别难以铸造。7xxx系列合金通常含有多种合金元素，诸如锌、镁、铜、铬、锆和其他合金元素中的一种或多种的组合。当铸造7xxx系列合金时并且紧随其后，可能会累积较大的内应力(例如，压缩应力且有时是拉伸应力)，从而使铸造制品容易开裂。这些类型的合金中使用的某些合金元素(诸如锌)的收缩和膨胀速率与铝大不同。特别地，锌的收缩和膨胀显著超过铝。因此，在相似温度(例如，600℃)下体积相同的锌和铝在冷却时(例如，在凝固的最后阶段)可能导致锌和铝中的每一者的体积不同。合金元素和铝之间的这些不同的膨胀和收缩率可能是由7xxx系列合金铸造的制品内产生大内力和因此应力的原因。
另外地，7xxx系列合金极易受到由于溶解的氢气作为微气泡从凝固的熔融合金中排出而引起的孔隙度问题的影响。由气泡引起的空隙通常是裂纹起始位置并且可导致大量开裂。另外地，7xxx系列合金可能极易受至少部分因熔融金属凝固时收缩百分比的差异而引起的缩松的影响。
在传统的生产环境中，凝固过程中的较大内应力可能会导致铸造制品产生热裂或冷裂，从而使该制品不适合进一步生产。对于7xxx系列合金，与其他更容易铸造的制品(诸如6xxx系列合金)相比，传统生产环境会导致整锭损失增加。
另外地，7xxx系列合金铸造制品可依靠在铸造之后延长的均匀化步骤来实现具有期望沉淀物的期望内部结构，同时降低铸态应力。均匀化可用于减少在铸造之后的显微偏析。在一些情况下，7xxx系列合金铸造制品可热轧成更小的规格、进行固溶并且然后时效。在一些情况下，可使用长时间段的时效和进一步处理(例如，固溶或再结晶)来尝试并获得更合期望的微结构，但此类技术需要大量的设备以及大量的时间、资源和能量支出。
发明内容
术语实施方案和类似术语旨在广义地指代本公开和所附权利要求的所有主题。含有这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题，或限制所附权利要求的含义或范围。本文中覆盖的本公开的实施方案由所附权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是本公开的各方面的高度概述，并且介绍了在下面的具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不意图确认所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图用来孤立地确定所要求保护的主题的范围。应当通过参考本公开的整个说明书、任何或所有附图以及每项权利要求的适当部分来理解本主题。
本公开的实施方案包括一种铸造方法，所述铸造方法包括：将熔融金属供应到铸造模具并形成锭坯，所述锭坯包括外部固体壳和内部熔融芯；在远离所述铸造模具的推进方向上推进所述锭坯，同时向所述铸造模具供应附加的熔融金属；通过将液体冷却剂的供应引导到所述外部固体壳的外表面来从在所述铸造模具与过渡位置之间的所述锭坯提取热；以及再加热在所述过渡位置处的所述锭坯，使得在所述过渡位置处的所述锭坯的所述外部固体壳的至少一部分达到适于沉淀弥散体并低于所述熔融金属的均匀化温度的温度，其中所述过渡位置位于垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的平面中。
在一些情况下，再加热温度(诸如以摄氏度为单位)在所述熔融金属的所述均匀化温度(诸如以摄氏度为单位)的80%与98%之间。在一些情况下，所述温度(诸如以摄氏度为单位)在所述熔融金属的所述均匀化温度(诸如以摄氏度为单位)的85%与90%之间。任选地，以摄氏度为单位的所述温度是所述熔融金属的以摄氏度为单位的所述均匀化温度的80%至95%、80%至90%、80%至85%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%或98%。在一些情况下，所述温度在400℃与460℃之间。在一些情况下，所述温度在410℃与420℃之间。任选地，所述温度是从400℃至410℃、从400℃至420℃、从400℃至430℃、从400℃至440℃、从400℃至450℃、从400℃至460℃、从410℃至420℃、从410℃至430℃、从410℃至440℃、从410℃至450℃、从410℃至460℃、从420℃至430℃、从420℃至440℃、从420℃至450℃、从420℃至460℃、从430℃至440℃、从430℃至450℃、从430℃至460℃、从440℃至450℃、从440℃至460℃或从450℃至460℃。在一些情况下，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分的所述温度维持至少3小时，诸如从3小时至4小时、从3小时至5小时、从3小时至6小时、从3小时至7小时、从3小时至8小时、从3小时至9小时、从3小时至10小时、从4小时至5小时、从4小时至6小时、从4小时至7小时、从4小时至8小时、从4小时至9小时、从4小时至10小时、从5小时至6小时、从5小时至7小时、从5小时至8小时、从5小时至9小时、从5小时至10小时、从6小时至7小时、从6小时至8小时、从6小时至9小时、从6小时至10小时、从7小时至8小时、从7小时至9小时、从7小时至10小时、从8小时至9小时、从8小时至10小时、从9小时至10小时或更多。在一些情况下，再加热所述锭坯包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。在一些情况下，再加热所述锭坯还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。在一些情况下，所述方法还包括：对所述锭坯进行温度测量；以及基于所述温度测量来动态地调整所述过渡位置。在一些情况下，所述方法还包括：在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。在一些情况下，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。在一些情况下，选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一的横截面处与所述锭坯相交。在一些情况下，选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%的横截面处与所述锭坯相交。在一些情况下，所述熔融金属是7xxx系列铝合金。在一些情况下，所述再加热的部分包括金属平面，所述金属平面在中心含有液体，其中再加热区围绕所述锭的与表面相邻的周边生长所述沉淀物。
本公开的实施方案包括一种方法，所述方法包括：通过将熔融金属供应到模具并从所述熔融金属提取热以形成外部固体壳来形成锭坯；当在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯并将附加的熔融金属供应到所述模具时使所述锭坯的内部熔融芯凝固，其中使所述内部熔芯凝固包括穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热；以及在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述内部熔融芯之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
在一些情况下，在所述横截面处再加热所述外部固体壳包括将所述外部固体壳的一部分再加热到适于沉淀弥散体的温度，其中所述温度低于所述熔融金属的均匀化温度。在一些情况下，所述温度(诸如以摄氏度为单位)在所述熔融金属的所述均匀化温度(诸如以摄氏度为单位)的80%与98%之间。在一些情况下，所述温度(诸如以摄氏度为单位)在所述熔融金属的所述均匀化温度(诸如以摄氏度为单位)的85%与90%之间。在一些情况下，所述温度在300℃和460℃之间，诸如在400℃与460℃之间。在一些情况下，所述温度在410℃与420℃之间。在一些情况下，400℃至460℃和410℃至420℃的温度范围可特别适于7xxx系列合金。在一些情况下，可使用其他温度范围，诸如用于6xxx系列合金。在一些情况下，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分处的所述温度维持至少3小时或从3小时至10小时。在一些情况下，穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热包括向所述外部壳的所述外表面供应液体冷却剂，并且其中再加热所述外部固体壳包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。在一些情况下，再加热所述外部固体壳还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。在一些情况下，所述方法还包括：对所述锭坯进行温度测量；以及基于所述温度测量来动态地调整所述模具与所述横截面之间的距离。在一些情况下，所述方法还包括：在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。在一些情况下，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。在一些情况下，在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一。在一些情况下，在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%。在一些情况下，所述熔融金属是7xxx系列铝合金。在一些情况下，所述高强度区包括比所述外部固体壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
本公开的实施方案包括一种铝金属产品，所述铝金属产品包括：凝固的铝合金块，所述凝固的铝合金块具有两个端部和一个外表面，其中所述凝固的铝合金块包括：芯区域，所述芯区域含有所述凝固的铝合金块的中心；外部区域，所述外部区域结合有所述外表面；以及高强度区，所述高强度区设置在所述芯区域与所述外部区域之间，其中所述高强度区具有比所述芯区域和所述外部区域中的每一者更高的弥散体浓度。
在一些情况下，所述凝固的铝合金块包括来自直冷铸造过程的保留热。在一些情况下，所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的大约三分之一的深度处。在一些情况下，所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的不超过一半的深度处。在一些情况下，所述凝固的铝合金块是圆柱形形状。在一些情况下，所述凝固的铝合金块的垂直于所述凝固的铝合金块的铸造方向的横截面是矩形形状。在一些情况下，所述凝固的铝合金块是凝固的7xxx系列铝合金块。
本公开的实施方案包括一种锭坯，所述锭坯包括：铝合金的液体熔融芯，所述液体熔融芯从上表面延伸到凝固界面；以及所述铝合金的凝固的壳，所述凝固的壳包括在铸造方向上从所述凝固界面延伸到底端的外表面，其中所述凝固的壳包括高强度区，所述高强度区设置在所述外表面与在所述铸造方向上延伸穿过所述液体熔融芯的中心和所述凝固的壳的中心的中心线之间，其中所述高强度区具有比所述凝固的壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
在一些情况下，所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的大约三分之一的深度处。在一些情况下，所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的不超过一半的深度处。在一些情况下，所述凝固的壳是圆柱形形状。在一些情况下，所述凝固的壳的垂直于所述铸造方向的横截面是矩形形状。在一些情况下，所述铝合金是7xxx系列铝合金。在一些情况下，所述锭坯是根据上述方法中的任一种制作的。
本公开的实施方案包括一种方法，所述方法包括：将熔融金属从金属源递送到正在模具中铸造的锭坯的金属池；通过从所述金属池提取热来形成凝固金属的外部固体壳，其中凝固界面位于所述外部固体壳与所述金属池之间；在递送所述熔融金属并形成所述外部固体壳的同时，以铸造速度在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯；使用所述铸造速度来确定搅拌强度，其中所述搅拌强度适于以所述铸造速度实现目标凝固界面轮廓；以及在所述熔融池内以所述确定的强度引发搅拌，其中在所述熔融池内引发搅拌使所述凝固界面以所述铸造速度呈现所述目标凝固界面轮廓。
在一些情况下，引发搅拌包括使用非接触式磁性搅拌器向所述金属池中的所述熔融金属施加搅拌力。在一些情况下，递送熔融金属包括以质量流率将熔融金属递送通过多个喷嘴，并且其中引发搅拌包括在维持通过所述多个喷嘴的所述质量流率的同时，增加通过所述多个喷嘴中的至少一者的熔融金属的流率。在一些情况下，所述方法还包括：修改所述铸造速度；使用更新的铸造速度来确定更新的搅拌强度，其中所述更新的搅拌强度适于以所述更新的铸造速度实现所述目标凝固轮廓；以及在所述熔融池内以所述更新的强度引发搅拌，其中在所述熔融池内以所述更新的强度引发搅拌使所述凝固界面以所述更新的铸造速度呈现所述目标凝固界面轮廓。在一些情况下，所述熔融金属是7xxx系列铝合金。在一些情况下，所述方法还包括测量所述锭坯的温度，其中使用所述铸造速度来确定所述搅拌强度包括使用所述测量的温度。在一些情况下，预先确定所述目标凝固界面轮廓以最小化开裂的风险。在一些情况下，所述方法还包括在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述内部熔融芯之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。在一些情况下，在所述熔融池内引发搅拌包括控制所述熔融金属向所述金属池中的递送，使得熔融金属射流在所述金属池的底部处向所述凝固界面中侵蚀出凹陷，所述凹陷具有被设定大小以匹配所述金属池的所述底部的直径的直径。
本公开的实施方案包括一种方法，所述方法包括：将熔融金属从金属源递送到正在模具中铸造的锭坯的金属池；通过从所述金属池提取热来形成凝固金属的外部固体壳，其中凝固界面位于所述外部固体壳与所述金属池之间；在递送所述熔融金属并形成所述外部固体壳的同时，以铸造速度在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯；以及控制所述熔融金属向所述金属池中的递送，以产生足以在所述金属池的底部处侵蚀所述凝固界面的至少一部分的熔融金属射流。
在一些情况下，控制所述熔融金属的递送包括控制所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流将所述凝固界面侵蚀至处于或小于10 mm的厚度。在一些情况下，递送所述熔融金属包括以质量流率将所述熔融金属递送通过多个喷嘴，并且其中产生所述熔融金属射流包括在维持通过所述多个喷嘴的所述质量流率的同时，增加通过所述多个喷嘴中的至少一者的熔融金属的流率。在一些情况下，所述方法还包括使用非接触式磁性搅拌器向所述金属池中的所述熔融金属施加搅拌力。在一些情况下，所述方法还包括修改所述铸造速度，其中控制所述熔融金属的递送包括基于所述修改的铸造速度来动态地调整所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流继续在所述金属池的所述底部处至少侵蚀所述凝固界面的所述部分。在一些情况下，所述熔融金属是7xxx系列铝合金。在一些情况下，所述方法还包括测量所述锭坯的温度，其中控制所述熔融金属的递送包括基于所述测量的温度来动态地调整所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流继续在所述金属池的所述底部处至少侵蚀所述凝固界面的所述部分。在一些情况下，所述方法还包括：在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述金属池相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述金属池之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
本发明的实施方案包括一种锭坯，所述锭坯包括：铝合金的凝固的壳，所述凝固的壳在铸造方向上从凝固界面延伸到底端；以及所述铝合金的液体熔融芯，所述液体熔融芯从上表面延伸到所述凝固界面，其中所述液体熔融芯包括所述铝合金的射流，所述射流在所述液体熔融芯的底部处撞击所述凝固界面以在所述凝固界面中形成凹陷。
在一些情况下，所述液体熔融芯包括来自所述凝固界面的重新悬浮的晶粒。在一些情况下，所述液体熔融芯包括来自所述凝固界面的重新悬浮的氢气。在一些情况下，所述凝固的壳包括高强度区，所述高强度区设置在所述凝固的壳的外表面与在所述铸造方向上延伸穿过所述液体熔融芯的中心和所述凝固的壳的中心的中心线之间，其中所述高强度区具有比所述凝固的壳的剩余部分更高的弥散体浓度。在一些情况下，所述铝合金是7xxx系列铝合金。
本公开的实施方案包括根据上述方法中的任一种制造的铝金属产品。
其他目的和优点将从以下非限制性示例的详细描述中变得显而易见。
附图说明
说明书参考以下附图，其中在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或相似的部件。
图1是根据本公开的某些方面的用于原位弥散体沉淀的金属铸造系统的局部剖视图。
图2是根据本公开的某些方面的具有池深度控制的用于原位弥散体沉淀的金属铸造系统的局部剖视图。
图3是根据本公开的某些方面的用于流量控制的剧烈搅拌的金属铸造系统的局部剖视图。
图4是根据本公开的某些方面的具有多个进给管的用于流量控制的剧烈搅拌的金属铸造系统的局部剖视图。
图5是根据本公开的某些方面的具有磁性搅拌器的用于剧烈搅拌的金属铸造系统的局部剖视图。
图6是没有剧烈搅拌的熔融池的底部的特写示意图。
图7是根据本公开的某些方面的经历剧烈搅拌的熔融池的底部的特写示意图。
图8是描绘根据本公开的某些方面的用于原位弥散体沉淀的过程的流程图。
图9是描绘根据本公开的某些方面的用于在直冷铸锭中产生沉淀的弥散体的高强度区的过程的流程图。
图10是描绘根据本公开的某些方面的高强度区的锭的示意性横截面正视图。
图11是描绘根据本公开的某些方面的高强度区的锭的示意性横截面顶视图。
图12是描绘根据本公开的某些方面的用于产生剧烈搅拌的直冷铸锭的过程的流程图。
具体实施方式
本公开的某些方面和特征涉及通过在铸造期间预设抑制再结晶的弥散体来改善可交付金属产品的晶粒尺寸。直冷铸锭坯的外部区域可在铸造完成之前经历再加热。通过独特的刮片放置和/或其他再加热技术，可准许再加热所述锭的温度(例如，高达大约410℃至大约420℃)，从而允许形成弥散体。熔融池的搅拌和/或搅动可促进形成更深的池和铸态的如所期望细的晶粒尺寸。在铸造期间和/或紧接铸造之后形成弥散体可将晶界定于所述如所期望细的晶粒尺寸，从而甚至在之后的再结晶和/或固溶化步骤之后也能促成相同的晶粒尺寸。
在直冷(DC)铸造中，将熔融金属传递到具有假底或活底的模具型腔中。当熔融金属通常从顶部进入模具型腔时，假底以与熔融金属的流率相关的速率降低。在侧面附近凝固的熔融金属可用于将液态和部分液态金属保留在熔融池中。金属可以是99.9%固体(例如，完全固体)、100%液体以及其间的任何值。由于熔融金属冷却时固体区域的厚度增加，因此熔融池可呈V形、U形或W形。固体金属和液体金属之间的界面有时被称为凝固界面或凝固前沿。由DC铸造过程产生的金属制品可称为锭。锭可具有大致矩形的横截面，但可使用其他横截面，诸如圆形或甚至非对称的横截面。如本文所使用，术语锭可适当地包括任何DC铸造金属制品，包括坏料。
如上所述，当金属在凝固前沿凝固时，某些杂质和气体可从溶液中排出并且被捕获在凝固的金属内。诸如氢气的气体可聚集形成气泡，从而在凝固的金属中形成空隙，这通常可称为锭的孔隙度。另外地，在凝固界面处排出杂质可导致杂质在整个锭中的不均匀分布。
本公开的某些方面涉及搅拌熔融池。这种搅拌可通过多种方式实现，诸如通过使用接触式搅拌器、非接触式搅拌器或调整液态金属进入池的方式。接触式搅拌器通常不适用于铝合金，这至少是因为存在杂质和氧化物的风险。非接触式搅拌器可包括被设计为在熔融金属中引起移动的电磁体和永磁体系统。在一些情况下，可通过调整液态金属进入池的方式来搅拌熔融池，诸如将液态金属提供为强有力的液态金属射流，诸如足够有力以穿透到池的底部的射流。可通过增加提供液态金属的压力、通过调整提供金属的喷嘴的直径或通过其他技术(诸如用于将现有的熔融池注入由新添加的液态金属产生的射流中的喷射器喷嘴)来实现液态金属射流。
可使用在熔融池中的剧烈搅拌来提供沿者凝固前沿的搅拌。这种搅拌可从凝固前沿的区域冲走成形金属晶体或其部分、杂质、气体或甚至一些液态金属。冲走成形金属晶体(例如，自由移动的晶粒)可帮助实现更细且更均匀的晶粒尺寸，因为成形晶体或其破裂部分可重新悬浮在熔融池中并充当额外的成核位置。此外，足够强度的搅拌可降低熔融池的整体液体温度，从而为产生细化的球状晶粒创造合适的环境。这种细化的球状微观结构比DC铸锭中发现的典型微观结构更坚固。与不用剧烈搅拌铸造的锭相比，使用本公开的某些方面(诸如剧烈搅拌)铸造的锭可具有更高的屈服强度并且可更不易受冷裂的影响。
从凝固前沿冲走杂质可帮助实现较低的宏观偏析(例如，较低程度的宏观偏析)，并且因此提高均匀性。通过搅拌实现的这种较低的宏观偏析可有利于在锭内实现期望的保护区。如本文中进一步详细地描述，可通过再加热正在铸造的锭的外部凝固部分来建立保护区。再加热可促使在锭内形成细弥散体，这可有益地强化凝固的金属，因此将锭易受开裂的影响降到最低。这些细弥散体的直径可以是大约30 nm，但它们可具有其他尺寸。在一些情况下，这些细弥散体的直径可以是大约10 nm至50 nm、20 nm至40 nm或25 nm至35 nm。
已经发现，出乎意料的是，在熔融池内剧烈搅拌可减少或最小化铸锭中的孔隙度。剧烈搅拌可将排出的氢气从凝固界面冲走，从而将其重新悬浮在熔融池的剩余部分中。重新悬浮的氢气可与其他氢气团聚，从而允许气体传播到熔融池的表面，气体留在该表面处或从熔融池排出。因此，在排出的氢气原本将在铸造产品中产生不期望的孔隙度的情况下，已发现使用剧烈搅拌可减少或最小化铸造产品中的孔隙度。
由于在铸造期间熔融金属中存在杂质和溶解气体可能会成问题，因此传统的铸造技术通常依赖大量的上游准备来过滤掉液态金属中的杂质和/或减少液体金属中的溶解气体(例如，氢气)的量。使用本公开的某些方面，可显著减少或消除这种类型的用于过滤掉杂质和/或去除溶解气体的上游准备。
对凝固前沿的适当控制对于实现成功铸造来说可能很重要，尤其是在使用难加工的合金(诸如7xxx系列合金)时。在传统的DC铸造中，可使用铸造速度来控制凝固前沿。铸造速度的增加可使凝固前沿变厚，而铸造速度的降低可使凝固前沿变窄。如果凝固前沿太厚，则熔融金属可能无法完全渗透通过凝固前沿的凝固区域，这可能导致缩松和空隙。如果凝固前沿太薄，则可能发生热裂，其中由于内应力(诸如与收缩相关的应力)而在晶粒之间形成裂缝或裂纹。因此，通常在易受缩松的影响和易受热裂的影响之间进行权衡，这可限定或限制铸造速度。在特别容易发生热裂的某些合金(诸如7xxx系列合金)中，这样权衡有效地限制了可用的铸造速度，从而将有效最大值设定为一天内可铸造的锭的数量。
根据本公开的某些方面，对凝固前沿的控制可通过搅拌控制和铸造速度控制的组合来实现。剧烈搅拌可提供在允许高铸造速度的同时减轻热裂的许多益处。如上所述，剧烈搅拌可有助于将凝固前沿变窄。因此，与没有剧烈搅拌的DC铸造过程相比，具有剧烈搅拌的DC铸造过程可以更高的铸造速度操作，同时保持相同的凝固前沿厚度。因此，剧烈搅拌可允许更快的铸造速度，并且因此允许每天的更高生产能力。另外地，搅拌可使熔融池向正在铸造的锭(在本文中也称为锭坯)中更深地延伸。在DC铸造中，熔融金属的流体静压力为液态金属在凝固前沿渗透到晶粒之间的间隙中提供了大量的驱动力。通过剧烈搅拌实现的更深的熔融池在池底部附近提供了更大的流体静压力头区域。这个更大的流体静压力头区域可促进在凝固前沿处填充晶粒之间的间隙，从而允许更厚的凝固前沿而不会减少或没有缩松或空隙的风险。由于在使用剧烈搅拌时可使用更厚的凝固前沿，因此与原本在没有搅拌的情况下将实现的相比，甚至可进一步提高铸造速度。
可控制增加的搅拌以实现凝固前沿(例如，凝固界面)到标称厚度的标称厚度减小，该标称厚度是大约几毫米，诸如在大约1 mm和5 mm之间或者处于或小于大约10 mm。在一些情况下，标称厚度减小可以是到处于或小于大约20 mm、19 mm、18 mm、17 mm、16 mm、15mm、14 mm、13 mm、12 mm、11 mm、10 mm、9 mm、8 mm、7 mm、6 mm、5 mm、4 mm、3 mm、2 mm或1mm的标称厚度。如本文所使用，提及控制搅拌以实现到特定标称厚度的标称减小可以是指鉴于恒定铸造速度将搅拌控制到将导致减小到特定厚度的程度。因此，虽然增加的搅拌伴随着增加的铸造速度可实现凝固界面的厚度的很少或没有有效变化，但是增加的搅拌可被描述为实现凝固界面到标称厚度的标称厚度减小。另外地，如本文所使用，凝固界面的厚度可以是指最小厚度、最大厚度和平均厚度，或在锭坯内的适用点或区域处的厚度。例如，厚度处于或小于10 mm的凝固界面可包括其中凝固界面的任何点处的最大厚度处于或小于10mm的凝固界面；其中凝固界面的任一点处的最小厚度达到处于或小于10 mm的厚度的凝固界面；其中整个凝固界面的平均厚度保持处于或小于10 mm的凝固界面；或者其中在凝固界面的底部处或附近的区域(例如，距模具最远的区域)或在任何其他适当的点或区域处的平均厚度保持处于或小于10 mm的凝固界面。
在DC铸造期间，当锭坯离开模具时，将冷却剂(例如，水)喷射到锭的表面上以从锭中提取热。可使用刮片或其他技术来去除冷却剂，因此允许锭的一部分再加热。在一些情况下，这种再加热可用于原位对锭进行均匀化(例如，在铸造期间)。在一些情况下，当金属达到在大约470℃至大约480℃之间的回弹温度时，可发生这种原位均匀化。然而，根据本公开的某些方面，可控制再加热以实现更适于沉淀的较低温度，从而允许在锭的外周边中形成弥散体。在铸造期间对锭坯进行再加热以促成沉淀物形成在本文中可称为原位沉淀。
在一些情况下，用于实现期望的原位沉淀的再加热温度(例如，在铸造期间将锭坯的表面再加热到的温度)可以是大约400℃至大约460℃、大约405℃至大约425℃，或大约410℃至大约420℃。在一些情况下，再加热温度可表示为合金的最终均匀化温度的百分比，在这种情况下，再加热温度(诸如以摄氏度为单位)可在合金的最终均匀化温度(诸如以摄氏度为单位)的大约80%到大约90%之间，或大约85%到大约98%之间。例如，在最终均匀化温度为480℃的情况下，再加热温度可以是该温度的大约88%，或大约422℃。作为另一个示例，在最终均匀化温度为480℃的情况下，再加热温度可以是该温度的大约96%，或大约460℃。
期望的原位沉淀可通过如上所述对锭坯进行再加热并保持在恒定温度或使锭冷却至室温或接近室温一段时间来实现。该时间段可在大约3小时和大约5小时之间，但在一些情况下，该时间可更多或更多，诸如在任一端点的10%偏差内。原位沉淀过程可在锭的铸造期间开始并且可在已经铸造出锭之后结束。可允许使用原位沉淀铸造的锭冷却至室温或接近室温，而无需在铸造之后立即进行淬火。在一些情况下，当使用原位沉淀时，可在减少的时间内执行之后的均匀化步骤。例如，在410℃下进行三小时原位沉淀可在475℃下均匀化大约8小时并且获得期望的小沉淀物，而没有原位沉淀的锭可能在475℃下需要10小时的均匀化时段并且可能只能获得不合期望的大尺寸沉淀物。
锭坯的再加热可以任何合适的方式进行，诸如施加外部热。然而，为了原位均匀化而对锭坯再加热通常可通过减少在锭坯表面处进行的热提取量并允许锭的潜热(尤其是熔融池的潜热)对锭的外部再加热来进行。为了实现期望的原位沉淀温度，可控制再加热开始的点(例如，去除冷却剂的刮片的位置)和/或可控制熔融芯的深度。例如，通过提升刮片的位置(例如，将刮片移动得更靠近模具)，固体壳可在熔融池比远离模具的横截面更大的横截面处更早地开始再加热，因此允许更多的熔融池的潜热对固体壳再加热。除了或代替控制再加热开始的点，可控制熔融池本身的深度以提供对固体壳的再加热的精确控制。例如，通过诸如通过将熔融金属射流引导到凝固界面的底部来引发搅拌，与没有引发额外搅拌时相比，熔融池可延伸到离模具更远的距离。随着熔融芯的深度进一步远离模具延伸，固体壳将在冷却剂被去除之后在更长时间段内经受熔融芯的潜热。
另外地，控制再加热开始的位置和/或熔融芯的深度可使得能够控制在原位弥散体沉淀期间形成的弥散体的表面深度。如本文所使用，术语表面深度可以是指从外表面(例如，轧制面和侧面)朝向锭的中心(例如，在铸造方向上延伸穿过锭的中心的纵向中心线)进入锭的深度方向。在一些情况下，控制固体壳的再加热和/或熔融芯的深度可在从锭的表面朝向纵向中心线的途中下降大约1/3 (33%)的区域(例如，高强度区域)中提供最高弥散体浓度。在一些情况下，该区域可在从锭的表面朝向纵向中心线的途中的½ (50%)处或大约在该处。在一些情况下，该区域可在从锭的表面朝向纵向中心线的途中下降大约5%、10%、15%、20%或25%和大约25%、30%、35%、40%、45%或50%之间。在一些情况下，该区域可从锭的表面延伸到上述深度。
在一些情况下，最高弥散体浓度和/或高强度区可以是锭的弥散体浓度大于整个锭的平均弥散体浓度的区域。在一些情况下，最高弥散体浓度和/或高强度区可被定义为锭的弥散体浓度是整个锭的平均弥散体浓度的至少0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5或4标准偏差的区域。当锭冷却至接近室温时，高强度区(例如，相对高浓度的沉淀弥散体的区)可起到防止开裂的作用。
通常，初始的铸态微观结构与最终的锻造微观结构之间没有关系，这至少部分是因为微观结构在热加工和后续处理过程中的再结晶。然而，在某些合金(诸如某些7xxx系列合金)中，可通过使用弥散体来抑制再结晶，诸如通过添加诸如Cr或Zr的元素。通过在铸态微观结构中引发形成此类弥散体，弥散体可抑制再结晶或至少抑制再结晶期间的平均晶粒尺寸的显著变化。由于抑制再结晶，因此最终的锻造微观结构可与初始的铸态微观结构相关，并且更具体地与其相似。
在有了这种将铸态微观结构与最终的锻造微观结构相关的能力的情况下，改善铸态微观结构的技术可变得特别有益。添加晶粒细化剂可用于在一定程度上减小晶粒尺寸，但在达到饱和极限之后，附加的晶粒细化剂的效果会受到限制。然而，使用本公开的方面(诸如剧烈搅拌)，可实现进一步且更合期望的晶粒细化。这种更精细的铸态微观结构导致最终产品的微观结构更精细，这可具有很多益处，诸如在耐腐蚀性和强度方面的益处。
在一些情况下，本公开的某些方面可特别适于7xxx系列合金，但也可有益于与5xxx或其他系列合金一起使用。本公开的某些方面可帮助抵抗“橘皮”缺陷，诸如在7xxx系列中。这些“橘皮”缺陷是金属制品变形之后可见的表面缺陷，其特征是外表面的外观像橘子的表面粗糙化。这些缺陷通常是大晶粒尺寸的结果。通过减小最终晶粒尺寸，这种缺陷可在变形之后变得不那么明显。
如本文所使用，术语“发明”、“该发明”、“此发明”和“本发明”旨在广泛地指代本专利申请和所附权利要求的所有主题。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题，或限制所附专利权利要求的含义或范围。
在本说明书中，参考由AA编号和其他相关名称(诸如“系列”或“7xxx”)标识的合金。要了解最常用于命名和标识铝及其合金的编号命名系统，参见由铝业协会发布的“International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for WroughtAluminum and Wrought Aluminum Alloys”或“Registration Record of AluminumAssociation Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for AluminumAlloys in the Form of Castings and Ingot”。
如本文所使用，“室温”的含义可包括从约15℃至约30℃的温度，例如约15℃、约16℃、约17℃、约18℃、约19℃、约20℃、约21℃、约22℃、约23℃、约24℃、约25℃、约26℃、约27℃、约28℃、约29℃或约30℃。如本文所使用，“环境条件”的含义可包括大致室温的温度、约20%至约100%的相对湿度以及约975毫巴(mbar)至约1050 mbar的大气压力。例如，相对湿度可以是约20%、约21%、约22%、约23%、约24%、约25%、约26%、约27%、约28%、约29%、约30%、约31%、约32%、约33%、约34%、约35%、约36%、约37%、约38%、约39%、约40%、约41%、约42%、约43%、约44%、约45%、约46%、约47%、约48%、约49%、约50%、约51%、约52%、约53%、约54%、约55%、约56%、约57%、约58%、约59%、约60%、约61%、约62%、约63%、约64%、约65%、约66%、约67%、约68%、约69%、约70%、约71%、约72%、约73%、约74%、约75%、约76%、约77%、约78%、约79%、约80%、约81%、约82%、约83%、约84%、约85%、约86%、约87%、约88%、约89%、约90%、约91%、约92%、约93%、约94%、约95%、约96%、约97%、约98%、约99%、约100%或其间的任何值。例如，大气压力可以是约975 mbar、约980 mbar、约985 mbar、约990 mbar、约995 mbar、约1000 mbar、约1005mbar、约1010 mbar、约1015 mbar、约1020 mbar、约1025 mbar、约1030 mbar、约1035 mbar、约1040 mbar、约1045 mbar、约1050 mbar或其间的任何值。
本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，所陈述的“1至10”的范围应被认为包括在最小值1与最大值10之间(并且包含该小值和最大值)的任何和所有子范围；也就是说，以最小值1或更大(例如，1至6.1)开始且以最大值10或更小(例如，5.5至10)结束的所有子范围。除非另有说明，否则当提及元素的组成量时，表述“高达”意味着该元素是任选的并且包括该特定元素的百分之零组成。除非另有说明，否则所有组成百分比均是重量百分比(重量%)。
如本文所使用，除非上下文中另外明确指示，否则“一种”、“一个”和“该”的含义包括单数和复数指示物。
在以下示例中，铝合金产品及其部件根据它们的以重量百分比(重量%)表示的元素组成进行描述。在每种合金中，剩余部分是铝，其中所有杂质的总和的最大重量%为0.15%。
本发明中可存在附带元素(诸如晶粒细化剂和脱氧剂)或其他添加剂，并且在不脱离或显著改变本文所述的合金或本文所述的合金的特性的情况下，附带元素可自行添加其他特性。然而，应理解，不应/不能通过仅添加不会改变本公开中期望的性质的数量的一种或多种附带元素来避免本公开的范围。
由于铝的固有性质或与处理设备接触时的浸出，合金中可能存在少量不可避免的杂质，包括材料或元素。铝中常见的一些杂质包括铁和硅。如所描述，除了合金元素、附带元素和不可避免的杂质之外，该合金可含有不超过约0.25 重量%的任何元素。
如本文所使用，术语“板坯”指示大于15 mm的合金厚度。例如，板坯可以是指厚度大于15 mm、大于20 mm、大于25 mm、大于30 mm、大于35 mm、大于40 mm、大于45 mm、大于50mm或大于100 mm的铝产品。
如本文所使用，板通常具在5 mm至50 mm范围内的厚度。例如，板可以是指厚度为约5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm或50 mm的铝产品。
如本文所使用，沙特板(也称为片材板)通常具有 从约4 mm至约15 mm的厚度。例如，沙特板可具有4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10 mm、11 mm、12 mm、13 mm、14 mm或15 mm的厚度。
如本文所使用，片材通常是指厚度小于约4 mm的铝产品。例如，片材可以具有小于4 mm、小于3 mm、小于2 mm、小于1 mm、小于0.5 mm、小于0.3 mm或小于0.1 mm的厚度。
铸锭可通过本领域普通技术人员已知的任何方式来处理。任选地，处理步骤可用于制备片材。此类处理步骤包括但不限于均匀化、热轧、冷轧、固溶热处理和任选的预时效步骤，如本领域普通技术人员已知。
在均匀化步骤中，将本文所述的铸造产品加热到在约400℃至约500℃范围内的温度。例如，可将产品加热到约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃、约450℃、约460℃、约470℃、约480℃、约490℃或约500℃的温度。然后允许产品进行均热处理(即，保持在指示的温度)一段时间。在一些示例中，均匀化步骤的总时间(包括加热和均热阶段)可长达24小时。例如，对于总时间长达18小时的均匀化步骤，可将产品加热到高达500℃并进行均热处理。任选地，对于总时间超过18小时的均匀化步骤中，可将产品加热到低于490℃并进行均热处理。在一些情况下，均匀化步骤包括多个过程。在一些非限制性示例中，均匀化步骤包括将产品加热到第一温度达第一时间段，接着加热到第二温度达第二时间段。例如，可将产品加热到约465℃达约3.5小时，并且然后加热到约480℃达约6小时。
在均匀化步骤之后，可进行热轧步骤。在开始热轧之前，可允许均匀化的产品冷却至在300℃至450℃之间的温度。例如，可允许均匀化的产品冷却至在325℃至425℃之间或从350℃至400℃的温度。然后可在300℃至450℃之间的温度下对产品进行热轧，以形成规格在3 mm至200 mm (例如，3 mm、4 mm、5 mm、6 mm、7 mm、8 mm、9 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm、45 mm、50 mm、55 mm、60 mm、65 mm、70 mm、75 mm、80 mm、85mm、90 mm、95 mm、100 mm、110 mm、120 mm、130 mm、140 mm、150 mm、160 mm、170 mm、180mm、190 mm、200 mm或其间的任何值)的热轧板、热轧沙特板或热轧片材。
然后可使用常规的冷轧机和技术将板、沙特板或片材冷轧成片材。冷轧板可具有在约0.5 mm至10 mm之间(例如，在约0.7 mm至6.5 mm之间)的规格。任选地，冷轧片材可具有0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm、2.0 mm、2.5 mm、3.0 mm、3.5 mm、4.0 mm、4.5 mm、5.0 mm、5.5mm、6.0 mm、6.5 mm、7.0 mm、7.5 mm、8.0 mm、8.5 mm、9.0 mm、9.5 mm或10.0 mm的规格。可进行冷轧以得到代表高达85%的规格减小(例如，高达10%、高达20%、高达30%、高达40%、高达50%、高达60%、高达70%、高达80%或高达85%的减小)的最终规格厚度。任选地，可在冷轧步骤期间进行中间退火步骤。中间退火步骤可在约300℃至约450℃ (例如，约310℃、约320℃、约330℃、约340℃、约350℃、约360℃、约370℃、约380℃、约390℃、约400℃、约410℃、约420℃、约430℃、约440℃或约450℃)的温度下进行。在一些情况下，中间退火步骤包括多个过程。在一些非限制性示例中，中间退火步骤包括将板、沙特板或片材加热到第一温度达第一时间段，接着加热到第二温度达第二时间段。例如，可将板、沙特板或片材加热到约410℃达约1小时，并且然后加热到约330℃达约2小时。
随后，板、沙特板或片材可经历固溶热处理步骤。固溶热处理步骤可以是对片材进行的任何常规处理，这导致可溶颗粒的固溶化。可将板、沙特板或片材加热到高达590℃(例如，从400℃至590℃)的峰值金属温度(PMT)，并且在该温度下均热处理一段时间。例如，板、沙特板或片材可在480℃下均热处理长达约30分钟(例如，0秒、60秒、75秒、90秒、5分钟、10分钟、20分钟、25分钟或30分钟)的均热处理时间。在加热和均热处理之后，以大于100℃/s的速率将板、沙特板或片材快速冷却至约500℃至约200℃之间的温度。在一个示例中，板、沙特板或片材在450℃和200℃之间的温度下具有高于200℃/秒的淬火速率。任选地，在其他情况下，冷却速率可更快。
在淬火之后，板、沙特板或片材可任选地通过在卷绕之前对板、沙特板或片材再加热来经历预时效处理。预时效处理可在约70℃至约125℃的温度下进行长达约6小时的时间段。例如，预时效处理可在约70℃、约75℃、约80℃、约85℃、约90℃、约95℃、约100℃、约105℃、约110℃、约115℃、约120℃或约125℃的温度下进行。任选地，预时效处理可进行约30分钟、约1小时、约2小时、约3小时、约4小时、约5小时或约6小时。可通过将板、沙特板或片材传送通过加热装置(诸如发射辐射热、对流热、感应热、红外热等的装置)来进行预时效处理。
本文所述的铸造产品也可用于制作呈板形式的产品或其他合适的产品。例如，可通过在均匀化步骤接着是热轧步骤中加工锭来制备包括本文所述的产品的板。在热轧步骤中，可将铸造产品热轧至200 mm厚的规格或更小(例如，从约10 mm至约200 mm)。例如，可将铸造产品热轧成最终规格厚度为约10 mm至约175 mm、约15 mm至约150 mm、约20 mm至约125 mm、约25 mm至约100 mm、约30 mm至约75 mm、或约35 mm至约50 mm的板。
本文所述的铝合金产品可用于汽车应用和其他运输应用，包括飞机和铁路应用。例如，所公开的铝合金产品可用于制备汽车结构部件，诸如保险杠、侧梁、顶梁、横梁、支柱加强件(例如，A柱、B柱和C柱)、内面板、外面板、侧面板、内罩、外罩或行李厢盖面板。本文所述的铝合金产品和方法还可用于飞机或铁路车辆应用中，以制备例如外部和内部面板。
本文所述的铝合金产品和方法还可用于电子应用中。例如，本文所述的铝合金产品和方法可用于制备电子装置(包括移动电话和平板计算机)的壳体。在一些示例中，铝合金产品可用于制备移动电话(例如，智能电话)、平板底架和其他便携式电子设备的外罩的壳体。
给出这些说明性示例，以向读者介绍在这里讨论的一般主题，并且不意图限制所公开概念的范围。以下章节参考附图描述了各种附加特征和示例，附图中相同的编号表示相同元件，并且方向性描述用于描述说明性实施方案，但与说明性实施方案一样，不应用来限制本公开。本文图示中包括的元件可能未按比例绘制。例如，描绘金属池的图可包括用于说明性目的的夸大特征。
图1是根据本公开的某些方面的用于原位弥散体沉淀的金属铸造系统100的局部剖视图。金属源102 (诸如中间包)可将熔融金属沿进给管104向下供应并从喷嘴106流出。任选的撇渣器108可在进给管104周围使用，以帮助分布熔融金属并且减少在熔融池110的上表面处产生金属氧化物。底块120可由液压缸122提升以与模具型腔112的壁接触。随着熔融金属开始在模具内凝固，底块120可以铸造速度稳定地降低。锭坯116可包括已经凝固的侧面118，而添加到铸造件的熔融金属可用于连续地延长锭坯116。锭坯116可包括底端136。在一些情况下，模具型腔112的壁限定中空空间并且可容纳冷却剂114，诸如水。冷却剂114可作为射流从中空空间排出并且沿着锭坯116的侧面118向下流动以帮助使锭坯116凝固。锭坯116可包括外部固体壳128、过渡金属区域(例如，凝固界面126)和熔融金属芯124。
为了开始促进弥散体沉淀，锭坯116的凝固的壳128在再热器距离130处开始被再加热，该再热器距离被定义为从模具型腔112的底部(例如，锭坯116离开模具型腔112的地方)到固体壳118开始再加热的位置的距离。再热器距离130可以是在模具与再加热开始的位置(例如，再加热装置(诸如用于去除冷却剂114的刮片142)的位置)之间的距离。再加热开始的位置可称为过渡位置。
虽然可使用各种技术对固体壳128再加热，但图1描绘了使用刮片142将冷却剂114从锭坯116去除。图1的刮片142被描绘为固体刮片，但也可使用其他刮片，诸如基于流体的刮片(例如，气刀)。在锭坯116的芯仍然熔融的横截面处将冷却剂114从锭坯116去除。因此，来自熔融金属芯124、尤其是来自熔融金属芯124的在再热器距离130与熔融金属距离132(下文定义)之间的区域的潜热可对固体壳128再加热。因此，如本文进一步详细地描述，通过调整再热器距离130和/或熔融金属距离132，可精确地控制再加热的时间和量。
再热器距离130可比熔融金属距离132和池距离134更短。熔融金属距离132可被定义为从模具型腔112的底部到熔融金属芯124的底部的距离。池距离134可被定义为从模具型腔112的底部到凝固界面126的底部的距离。
在一些情况下，可控制熔融金属距离132和再热器距离130之间的差异，诸如通过引发熔融金属芯132的形状变化(例如，通过改变铸造速度和/或引发搅拌)来调整熔融金属距离132，或通过移动刮片142来调整再热器距离130。这种铸造速度、搅拌和/或刮片142调整可由耦合到任何适当的致动器的控制器138控制。在一些情况下，控制器138可基于预设例程来执行操作。在一些情况下，控制器138可基于来自铸造过程的动态反馈(诸如来自传感器144进行的温度测量)执行操作。传感器144可以是任何合适的温度传感器，诸如接触式或非接触式传感器。图1的传感器144被描绘为邻近固体壳128以对固体壳128的表面进行测量，然而情况并非必须如此。在一些情况下，传感器可放置在其他位置并且可进行其他锭测量，诸如池温度或冷却剂温度。
任选的流量控制器140可定位成控制熔融金属通过进给管104的流量。合适的流量控制器140的示例包括用于减慢和/或停止金属流动的可伸缩销、磁力泵、电动泵或用于增加和/或减少金属流动通过进给管104的任何合适的装置。
虽然在图1中描绘了刮片系统，但代替刮片系统或除此之外，可在再热器距离130处使用其他类型的再加热技术。例如，除了来自熔融金属芯124的任何潜热之外，还可使用直焰冲击、旋转磁性加热器或其他装置向固体壳128施加热。在一些情况下，可控制用于向固体壳128施加热的这些技术，诸如控制所提供的热量和/或提供热的位置。这种控制可由控制器138执行。
图2是根据本公开的某些方面的具有池深度控制的用于原位弥散体沉淀的金属铸造系统200的局部剖视图。金属铸造系统200可类似于图1的金属铸造系统100。金属源202可将熔融金属沿进给管204向下供应通过流量控制器240并从喷嘴206流出。流量控制器240可提供从金属源202到熔融金属芯224的增加的流量。熔融金属通过进给管204的这种增加的流量可导致熔融金属芯224内的增加的流量246。增加的流量246可以是或对应于增加的体积流率、增加的线性流率，或增加的体积流率和增加的线性流率两者，诸如与图1中描绘的流量配置相比。
这种增加的流量246可提供剧烈的搅拌并且可充当能够侵蚀掉凝固界面226的一部分的射流。射流可在金属池的底部(例如，液态金属芯224的最底部部分)处在固体壳228和凝固界面226内产生凹陷。通过这样做，可增加熔融金属距离232以及池距离234。
因此，对于位于距模具212的相同再热器距离230处的刮片242和图1中的刮片142，锭坯216的固体壳228可比图1中所描绘的经受更多来自熔融金属芯224的加热，因为熔融金属距离232和再热器距离230之间的差异更大。
搅拌强度和/或流量246的量可由耦合到任何适当的致动器(例如，流量控制器240)的控制器238控制。在一些情况下，控制器238可基于预设例程来执行操作。在一些情况下，控制器238可基于来自铸造过程的动态反馈(诸如来自传感器244进行的温度测量)来执行操作。传感器244可以是任何合适的温度传感器，诸如接触式或非接触式传感器。图2的传感器244被描绘为邻近固体壳228以对固体壳228的表面进行测量，然而情况并非必须如此。在一些情况下，传感器可放置在其他位置并且可进行其他锭测量，诸如池温度或冷却剂温度。
图3是根据本公开的某些方面的用于流量控制的剧烈搅拌的金属铸造系统300的局部剖视图。金属铸造系统300的各种方面可适当地类似于图1的金属铸造系统100的那些方面。金属源302可将熔融金属沿进给管304向下供应通过流量控制器340并从喷嘴306流出。流量控制器340可提供从金属源302到熔融金属芯324的增加的流量。熔融金属通过进给管304的这种增加的流量可导致熔融金属芯324内的增加的流量346。
这种增加的流量346可提供剧烈的搅拌并且可充当能够侵蚀掉凝固界面326的一部分的射流。射流可在金属池的底部(例如，液态金属芯324的最底部部分)处在固体壳328和凝固界面326内产生凹陷。可控制流量346的强度并且由此控制产生的射流以实现期望形状的凹陷。在流量太少的情况下，可能不会产生凹陷或产生小直径凹陷。在流量太高的情况下，凹陷的直径可能会太大。然而，理想的凹陷可具有与池底部的直径相匹配的直径，从而形成具有平滑、渐变形状的贮槽。具有凹陷的池槽的形状可促进熔融金属沿凝固界面326的侧面向上流动，这可利于将排出的杂质和氢气从凝固界面326去除，以及重新悬浮晶粒并改善晶粒结构以实现更细的晶粒。
搅拌强度和/或流量346的量可由耦合到任何适当的致动器(例如，流量控制器340)的控制器338控制。在一些情况下，控制器338可基于预设例程来执行操作。在一些情况下，控制器338可基于来自铸造过程的动态反馈(诸如来自传感器344进行的温度测量)来执行操作。在一些情况下，来自传感器344的反馈可用于推断凝固界面轮廓(例如，凝固界面的形状)并且执行动作以实现或维持期望的凝固界面轮廓。传感器344可以是任何合适的温度传感器，诸如接触式或非接触式传感器。图3的传感器344被描绘为邻近固体壳328以对固体壳328的表面进行测量，然而情况并非必须如此。在一些情况下，传感器可放置在其他位置并且可进行其他锭测量，诸如池温度或冷却剂温度。
图4是根据本公开的某些方面的具有多个进给管的用于流量控制的剧烈搅拌的金属铸造系统400的局部剖视图。金属铸造系统400可类似于图3的金属铸造系统300。金属源402可将熔融金属沿多个进给管404、450、454向下供应。如图4所描绘，使用三个进给管，但可使用任何数量的进给管。每个进给管404、450、454可分别与流量控制器440、456、452相关联。流量控制器440、456、452被描绘为针阀，但可使用任何合适的流量控制器。当使用多个进给管404、450、454来将熔融金属供应到熔融金属芯424时，可通过减少通过一个或多个进给管(例如，进给管450、454)的流量并且增加通过一个或多个剩余的进给管(例如，进给管404)的流量来实现增加的流量446。如图4所描绘，流量控制器452和456关闭而流量控制器440打开，从而允许更多的流体通过中心进给管404流出，因此在熔融金属芯424内产生增加的流量446。
这种增加的流量446可提供剧烈的搅拌并且可充当能够侵蚀掉凝固界面426的一部分的射流。射流可在金属池的底部(例如，液态金属芯424的最底部部分)处在固体壳428和凝固界面426内产生凹陷。可控制流量446的强度并且由此控制产生的射流(例如，通过致动流量控制器452、440、456中的任一者)，以实现期望形状的凹陷。在流量太少的情况下，可能不会产生凹陷或产生小直径凹陷。在流量太高的情况下，凹陷的直径可能会太大。然而，理想的凹陷可具有与池底部的直径相匹配的直径，从而形成具有平滑、渐变形状的贮槽。具有凹陷的池槽的形状可促进熔融金属沿凝固界面426的侧面向上流动，这可利于将排出的杂质和氢气从凝固界面426去除，以及重新悬浮晶粒并改善晶粒结构以实现更细的晶粒。
搅拌强度和/或流量446的量可由耦合到任何适当的致动器(例如，流量控制器440、452、456)的控制器438控制。在一些情况下，控制器438可基于预设例程来执行操作。在一些情况下，控制器438可基于来自铸造过程的动态反馈(诸如来自传感器444进行的温度测量)来执行操作。在一些情况下，来自传感器444的反馈可用于推断凝固界面轮廓(例如，凝固界面的形状)并且执行动作以实现或维持期望的凝固界面轮廓。传感器444可以是任何合适的温度传感器，诸如接触式或非接触式传感器。图4的传感器444被描绘为邻近固体壳428以对固体壳428的表面进行测量，然而情况并非必须如此。在一些情况下，传感器可放置在其他位置并且可进行其他锭测量，诸如池温度或冷却剂温度。
图5是根据本公开的某些方面的具有磁性搅拌器的用于剧烈搅拌的金属铸造系统500的局部剖视图。金属铸造系统500可类似于图3的金属铸造系统300。金属源502可将熔融金属沿进给管504向下供应并流出喷嘴506。在一些情况下可使用流量控制器，但图5中没有描绘。
非接触式磁性搅拌器560邻近熔融金属芯524定位以产生表面流566、568。非接触式磁性搅拌器560可以是电磁体或永磁体。在一个示例中，永磁体非接触式磁性搅拌器560可定位在进给管504的相反侧上并且可在合适的方向562、564上旋转以产生朝向进给管504的表面流566、568。该表面流556、568可与流出进给管504的熔融金属相互作用并且在熔融金属芯524内提供增加的流量546。
这种增加的流量546可提供剧烈的搅拌并且可充当能够侵蚀掉凝固界面526的一部分的射流。射流可在金属池的底部(例如，液态金属芯524的最底部部分)处在固体壳528和凝固界面526内产生凹陷。可控制流量546的强度并且由此控制产生的射流以实现期望形状的凹陷。在流量太少的情况下，可能不会产生凹陷或产生小直径凹陷。在流量太高的情况下，凹陷的直径可能会太大。然而，理想的凹陷可具有与池底部的直径相匹配的直径，从而形成具有平滑、渐变形状的贮槽。具有凹陷的池槽的形状可促进熔融金属沿凝固界面526的侧面向上流动，这可利于将排出的杂质和氢气从凝固界面526去除，以及重新悬浮晶粒并改善晶粒结构以实现更细的晶粒。
搅拌强度和/或流量546的量可由耦合到任何适当的致动器(例如，非接触式搅拌器560)的控制器538控制。在一些情况下，控制器538可基于预设例程来执行操作。在一些情况下，控制器538可基于来自铸造过程的动态反馈(诸如来自传感器544进行的温度测量)来执行操作。在一些情况下，来自传感器544的反馈可用于推断凝固界面轮廓(例如，凝固界面的形状)并且执行动作以实现或维持期望的凝固界面轮廓。传感器544可以是任何合适的温度传感器，诸如接触式或非接触式传感器。图5的传感器544被描绘为邻近固体壳528以对固体壳528的表面进行测量，然而情况并非必须如此。在一些情况下，传感器可放置在其他位置并且可进行其他锭测量，诸如池温度或冷却剂温度。
图6是没有剧烈搅拌的熔融池600的底部的特写示意图。熔融金属芯624的底部和凝固界面626以及固体壳628的相邻部分可能会呈现不均匀的堆积形状，这可能是因为悬浮晶粒的沉降以及其他因素。因此，熔融金属在该区域附近可能会保持稍微停滞。熔融池的这个底部区域可具有宽度670，该宽度可大致被限定在凝固界面626的倾斜壁达到最大深度的区域之间。
图7是根据本公开的某些方面的经历剧烈搅拌的熔融池700的底部的特写示意图。由于熔融金属的流量746增加，熔融金属芯724的底部和凝固界面726以及固体壳728的相邻部分可呈现均匀的U形或抛物线轮廓。熔融金属的流量746可向凝固界面726和固体壳728中侵蚀出凹陷774。该凹陷774可具有从搅拌前的池的底部(例如，如在图6中看出)延伸到搅拌期间的凹陷774的底部(例如，如在图7中看出)的深度772。凹陷774可具有直径770(例如，最大直径)，该直径大约等于搅拌前的池的直径(例如，图6的直径670)。
可控制熔融金属的流量746以至少在凝固界面726的底部处或附近将凝固界面726侵蚀至大约几毫米的厚度，诸如在大约1 mm和5 mm之间或者处于或小于大约10 mm。在一些情况下，可控制流量746以至少在凝固界面726的底部处或附近将凝固界面726侵蚀至处于或小于大约20 mm、19 mm、18 mm、17 mm、16 mm、15 mm、14 mm、13 mm、12 mm、11 mm、10 mm、9mm、8 mm、7 mm、6 mm、5 mm、4 mm、3 mm、2 mm或1 mm的厚度。图8是描绘根据本公开的某些方面的用于原位弥散体沉淀的过程800的流程图。在框802处，将熔融金属供应到模具。在框804处，在铸造方向上推进正在模具内形成的锭坯。在框806处，从锭坯离开模具的模具底部和再加热位置之间的壳连续地提取热。在框808处，对锭坯被再加热。再加热可在再加热位置开始。在一些情况下，再加热可包括在框806期间去除供应到锭坯表面的冷却剂。在框810处，可将锭坯在再加热温度下保持一段时间，诸如大约3小时。在一些情况下，代替将锭保持在再加热温度，在框812处准许锭逐渐地冷却。锭可逐渐地冷却至室温，诸如在至少大约3小时的一段时间内。
在一些情况下，可在框816处任选地引发搅拌。可引发搅拌以改善铸态锭的各种特性以及降低熔融池的深度，因此影响在框808处执行的再加热。
在一些情况下，可在框814处任选地执行温度监测。温度监测的结果可用于调整在框816处引发的搅拌量和/或相对于框808使用的再加热位置。框814处的温度监测可连续发生。
图9是描绘根据本公开的某些方面的用于在直冷铸锭中产生沉淀的弥散体的高强度区的过程900的流程图。在框902处，可形成或可开始形成锭坯。在框904处，可使锭坯的内部熔融芯的至少一些凝固，从而形成锭坯的固体壳。在框906处，可连续形成沉淀的弥散体的高强度区。
在框906处连续形成沉淀的弥散体的高强度区可包括在框908处在再热器距离处对外部固体壳再加热。在一些情况下，可在框910处测量锭的温度。该测量可用于在框912处调整再热器距离和/或在框916处调整熔融金属距离。在框912处调整再热器距离可包括在框914处移动再热器(例如，刮片)。在框916处调整熔融金属距离可包括在框918处引发搅拌。
图10是描绘根据本公开的某些方面的高强度区1074的锭1016的示意性横截面正视图。高强度区1074被描绘为从锭1016的表面处或附近延伸到小于从锭1016的表面到锭1016的纵向中心线1016的一半的表面深度。
图11是描绘根据本公开的某些方面的高强度区1174的锭1116的示意性横截面顶视图。高强度区1174被描绘为从锭1016的表面(例如，轧制表面和/或侧表面)处或附近延伸到小于从锭1116的表面到相关联中心线的一半的表面深度，诸如从锭1116的轧制表面到横向中心线1180以及从锭1116的侧表面到轧制面中心线1178。
图12是描绘根据本公开的某些方面的用于产生剧烈搅拌的直冷铸锭的过程1200的流程图。在框1202处，可将熔融金属递送到模具。在框1204处，当从熔融金属提取热时，可形成外部固体壳。在框1206处，可以铸造速度将锭从模具中推出。在框1208处，可使用铸造速度来确定搅拌强度。搅拌强度可基于感测的或以其他方式已知的铸造速度。在框1210处，可在框1208处确定的强度下引发搅拌。引发搅拌可包括使用流量控制器和/或非接触式搅拌器，但可使用其他技术。在框1212处，可修改铸造速度。在修改铸造速度后，可在框1208处基于来自框1212的更新的铸造速度再次确定搅拌强度。此后，可以新确定的强度引发搅拌。在任选的框1214，可监测锭坯的温度。在监测锭温度时，可在框1208处还至少部分地基于在框1214处测量的温度来再次确定搅拌强度。此后，可以新确定的强度引发搅拌。
在任选的框1216处，可连续形成沉淀物弥散体的高强度区，如本文所公开。
说明性方面
如下所使用，对一系列实施方案的任何引用应分别被理解为对那些示例中的每一者的引用(例如，“方面1至4”应被理解为“方面1、2、3或4”)。
方面1是一种方法，诸如铸造方法，所述方法包括：将熔融金属供应到铸造模具并形成锭坯，所述锭坯包括外部固体壳和内部熔融芯；在远离所述铸造模具的推进方向上推进所述锭坯，同时向所述铸造模具供应附加的熔融金属；通过将液体冷却剂的供应引导到所述外部固体壳的外表面来从在所述铸造模具与过渡位置之间的所述锭坯提取热；以及再加热在所述过渡位置处的所述锭坯，使得在所述过渡位置处的所述锭坯的所述外部固体壳的至少一部分达到适于沉淀弥散体并低于所述熔融金属的均匀化温度的温度，其中所述过渡位置位于垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的平面中。
方面2是任一先前或后续方面的方法，其中诸如以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的诸如以摄氏度为单位的所述均匀化温度的80%和90%之间。
方面3是任一先前或后续方面的方法，其中诸如以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的诸如以摄氏度为单位的所述均匀化温度的85%与90%之间。
方面4是任一先前或后续方面的方法，其中所述温度在400℃与460℃之间。
方面5是任一先前或后续方面的方法，其中所述温度在410℃与420℃之间。
方面6是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分处的所述温度维持至少3小时。
方面7是任一先前或后续方面的方法，其中再加热所述锭坯包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。
方面8是任一先前或后续方面的方法，其中再加热所述锭坯还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。
方面9是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：对所述锭坯进行温度测量；以及基于所述温度测量来动态地调整所述过渡位置。
方面10是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。
方面11是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。
方面12是任一先前或后续方面的方法，其中选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一的横截面处与所述锭坯相交。
方面13是任一先前或后续方面的方法，其中选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%的横截面处与所述锭坯相交。
方面14是任一先前或后续方面的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
方面15是一种方法，所述方法包括：通过将熔融金属供应到模具并从所述熔融金属提取热以形成外部固体壳来形成锭坯；当在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯并将附加的熔融金属供应到所述模具时使所述锭坯的内部熔融芯凝固，其中使所述内部熔芯凝固包括穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热；以及在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述内部熔融芯之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
方面16是任一先前或后续方面的方法，其中在所述横截面处再加热所述外部固体壳包括将所述外部固体壳的一部分再加热到适于沉淀弥散体的温度，其中所述温度低于所述熔融金属的均匀化温度。
方面17是任一先前或后续方面的方法，其中诸如以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的诸如以摄氏度为单位的所述均匀化温度的80%与98%之间。
方面18是任一先前或后续方面的方法，其中所述温度在所述熔融金属的所述均匀化温度的85%与90%之间。
方面19是任一先前或后续方面的方法，其中所述温度在400℃与460℃之间。
方面20是任一先前或后续方面的方法，其中所述温度在410℃与420℃之间。
方面21是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分处的所述温度维持至少3小时，诸如从3小时至10小时。
方面22是任一先前或后续方面的方法，其中穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热包括向所述外部壳的所述外表面供应液体冷却剂，并且其中再加热所述外部固体壳包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。
方面23是任一先前或后续方面的方法，其中再加热所述外部固体壳还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。
方面24是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：对所述锭坯进行温度测量；以及基于所述温度测量来动态地调整所述模具与所述横截面之间的距离。
方面25是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。
方面26是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。
方面27是任一先前或后续方面的方法，其中在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一。
方面28是任一先前或后续方面的方法，其中在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%。
方面29是任一先前或后续方面的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
方面30是任一先前或后续方面的方法，其中所述高强度区包括比所述外部固体壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
方面31是一种铝金属产品，所述铝金属产品包括：凝固的铝合金块，所述凝固的铝合金块具有两个端部和一个外表面，其中所述凝固的铝合金块包括：芯区域，所述芯区域含有所述凝固的铝合金块的中心；外部区域，所述外部区域结合有所述外表面；以及高强度区，所述高强度区设置在所述芯区域与所述外部区域之间，其中所述高强度区具有比所述芯区域和所述外部区域中的每一者更高的弥散体浓度。
方面32是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块包括来自直冷铸造过程的保留热。
方面33是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的大约三分之一的深度处。
方面34是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的不超过一半的深度处。
方面35是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块是圆柱形形状。
方面36是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块的垂直于所述凝固的铝合金块的铸造方向的横截面是矩形形状。
方面37是任一先前或后续方面的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块是凝固的7xxx系列铝合金块。
方面38是任一先前或后续方面的铝金属产品，所述铝金属产品是根据任一先前或后续方面的方法制作的。
方面39是一种锭坯，所述锭坯包括：铝合金的液体熔融芯，所述液体熔融芯从上表面延伸到凝固界面；以及所述铝合金的凝固的壳，所述凝固的壳包括在铸造方向上从所述凝固界面延伸到底端的外表面，其中所述凝固的壳包括高强度区，所述高强度区设置在所述外表面与在所述铸造方向上延伸穿过所述液体熔融芯的中心和所述凝固的壳的中心的中心线之间，其中所述高强度区具有比所述凝固的壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
方面40是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的大约三分之一的深度处。
方面41是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的不超过一半的深度处。
方面42是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述凝固的壳是圆柱形形状。
方面43是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述凝固的壳的垂直于所述铸造方向的横截面是矩形形状。
方面44是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述铝合金是7xxx系列铝合金。
方面45是任一先前或后续方面的锭坯，所述锭坯是根据任一先前或后续方面的方法制作的。
方面46是一种方法，所述方法包括：将熔融金属从金属源递送到正在模具中铸造的锭坯的金属池；通过从所述金属池提取热来形成凝固金属的外部固体壳，其中凝固界面位于所述外部固体壳与所述金属池之间；在递送所述熔融金属并形成所述外部固体壳的同时，以铸造速度在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯；使用所述铸造速度来确定搅拌强度，其中所述搅拌强度适于以所述铸造速度实现目标凝固界面轮廓；以及在所述熔融池内以所述确定的强度引发搅拌，其中在所述熔融池内引发搅拌使所述凝固界面以所述铸造速度呈现所述目标凝固界面轮廓。
方面47是任一先前或后续方面的方法，其中引发搅拌包括使用非接触式磁性搅拌器向所述金属池中的所述熔融金属施加搅拌力。
方面48是任一先前或后续方面的方法，其中递送熔融金属包括以质量流率将熔融金属递送通过多个喷嘴，并且其中引发搅拌包括在维持通过所述多个喷嘴的所述质量流率的同时，增加通过所述多个喷嘴中的至少一者的熔融金属的流率。
方面49是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：修改所述铸造速度；使用更新的铸造速度来确定更新的搅拌强度，其中所述更新的搅拌强度适于以所述更新的铸造速度实现所述目标凝固轮廓；以及在所述熔融池内以所述更新的强度引发搅拌，其中在所述熔融池内以所述更新的强度引发搅拌使所述凝固界面以所述更新的铸造速度呈现所述目标凝固界面轮廓。
方面50是任一先前或后续方面的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
方面51是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括测量所述锭坯的温度，其中使用所述铸造速度来确定所述搅拌强度包括使用所述测量的温度。
方面52是任一先前或后续方面的方法，其中预先确定所述目标凝固界面轮廓以最小化开裂的风险。
方面53是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述内部熔融芯之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
方面54是任一先前或后续方面的方法，其中在所述熔融池内引发搅拌包括控制所述熔融金属向所述金属池中的递送，使得熔融金属射流在所述金属池的底部处向所述凝固界面中侵蚀出凹陷，所述凹陷具有被设定大小以匹配所述金属池的所述底部的直径的直径。
方面55是一种方法，所述方法包括：将熔融金属从金属源递送到正在模具中铸造的锭坯的金属池；通过从所述金属池提取热来形成凝固金属的外部固体壳，其中凝固界面位于所述外部固体壳与所述金属池之间；在递送所述熔融金属并形成所述外部固体壳的同时，以铸造速度在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯；以及控制所述熔融金属向所述金属池中的递送，以产生足以在所述金属池的底部处侵蚀所述凝固界面的至少一部分的熔融金属射流。
方面56是任一先前或后续方面的方法，其中控制所述熔融金属的递送包括控制所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流将所述凝固界面侵蚀至处于或小于10 mm的厚度。
方面57是任一先前或后续方面的方法，其中递送所述熔融金属包括以质量流率将所述熔融金属递送通过多个喷嘴，并且其中产生所述熔融金属射流包括在维持通过所述多个喷嘴的所述质量流率的同时，增加通过所述多个喷嘴中的至少一者的熔融金属的流率。
方面58是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括使用非接触式磁性搅拌器向所述金属池中的所述熔融金属施加搅拌力。
方面59是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括修改所述铸造速度，其中控制所述熔融金属的递送包括基于所述修改的铸造速度来动态地调整所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流继续在所述金属池的所述底部处至少侵蚀所述凝固界面的所述部分。
方面60是任一先前或后续方面的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
方面61是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括测量所述锭坯的温度，其中控制所述熔融金属的递送包括基于所述测量的温度来动态地调整所述熔融金属的递送，使得所述熔融金属射流继续在所述金属池的所述底部处至少侵蚀所述凝固界面的所述部分。
方面62是任一先前或后续方面的方法，所述方法还包括：在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述金属池相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述金属池之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
方面63是一种铝金属产品，所述铝金属产品是根据任一先前或后续方面的方法制作的。
方面64是一种锭坯，所述锭坯包括：铝合金的凝固的壳，所述凝固的壳在铸造方向上从凝固界面延伸到底端；以及所述铝合金的液体熔融芯，所述液体熔融芯从上表面延伸到所述凝固界面，其中所述液体熔融芯包括所述铝合金的射流，所述射流在所述液体熔融芯的底部处撞击所述凝固界面以在所述凝固界面中形成凹陷。
方面65是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述液体熔融芯包括来自所述凝固界面的重新悬浮的晶粒。
方面66是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述液体熔融芯包括来自所述凝固界面的重新悬浮的氢气。
方面67是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述凝固的壳包括高强度区，所述高强度区设置在所述凝固的壳的外表面与在所述铸造方向上延伸穿过所述液体熔融芯的中心和所述凝固的壳的中心的中心线之间，其中所述高强度区具有比所述凝固的壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
方面68是任一先前或后续方面的锭坯，其中所述铝合金是7xxx系列铝合金。
本文引用的所有专利和出版物全文以引用方式并入。实施方案(包括所示出的实施方案)的前述描述仅出于说明和描述目的而呈现，并且不旨在穷举或限制所公开的精确形式。实施方案的许多修改、变动和用途对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (45)

1.一种铸造方法，所述铸造方法包括：
将熔融金属供应到铸造模具并形成锭坯，所述锭坯包括外部固体壳和内部熔融芯；
在远离所述铸造模具的推进方向上推进所述锭坯，同时向所述铸造模具供应附加的熔融金属；
通过将液体冷却剂的供应引导到所述外部固体壳的外表面来从在所述铸造模具与过渡位置之间的所述锭坯提取热；以及
再加热在所述过渡位置处的所述锭坯，使得在所述过渡位置处的所述锭坯的所述外部固体壳的至少一部分达到适于沉淀弥散体并低于所述熔融金属的均匀化温度的温度，其中所述过渡位置位于垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的平面中。
2.如权利要求1所述的方法，其中以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的以摄氏度为单位的所述均匀化温度的80%与98%之间。
3.如权利要求1所述的方法，其中以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的以摄氏度为单位的所述均匀化温度的85%与90%之间。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述温度在400℃与460℃之间。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述温度在410℃与420℃之间。
6.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分处的所述温度维持至少3小时。
7.如权利要求1所述的方法，其中再加热所述锭坯包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。
8.如权利要求7所述的方法，其中再加热所述锭坯还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。
9. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
对所述锭坯进行温度测量；以及
基于所述温度测量来动态地调整所述过渡位置。
10.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：
在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。
11.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。
12.如权利要求1所述的方法，其中选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一的横截面处与所述锭坯相交。
13.如权利要求1所述的方法，其中选择所述过渡位置，使得所述平面在所述锭坯的所述外部固体壳占据在所述平面内从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%的横截面处与所述锭坯相交。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
15.一种方法，所述方法包括：
通过将熔融金属供应到模具并从所述熔融金属提取热以形成外部固体壳来形成锭坯；
当在远离所述模具的推进方向上推进所述锭坯并将附加的熔融金属供应到所述模具时使所述锭坯的内部熔融芯凝固，其中使所述内部熔芯凝固包括穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热；以及
在所述外部固体壳内在所述锭坯的垂直于所述推进方向并与所述内部熔融芯相交的横截面处连续形成高强度区，其中所述高强度区位于所述外部固体壳的外表面与所述内部熔融芯之间，并且其中形成所述高强度区包括在所述横截面处再加热所述外部固体壳以在所述外部固体壳中引发弥散体沉淀。
16.如权利要求15所述的方法，其中在所述横截面处再加热所述外部固体壳包括将所述外部固体壳的一部分再加热到适于沉淀弥散体的温度，其中所述温度低于所述熔融金属的均匀化温度。
17.如权利要求16所述的方法，其中以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的以摄氏度为单位的所述均匀化温度的80%与98%之间。
18.如权利要求16所述的方法，其中以摄氏度为单位的所述温度在所述熔融金属的以摄氏度为单位的所述均匀化温度的85%与90%之间。
19.如权利要求16所述的方法，其中所述温度在400℃与460℃之间。
20.如权利要求16所述的方法，其中所述温度在410℃与420℃之间。
21.如权利要求16所述的方法，所述方法还包括将所述外部固体壳的所述部分处的所述温度维持至少3小时。
22.如权利要求15所述的方法，其中穿过所述外部固体壳从所述内部熔融芯提取热包括向所述外部壳的所述外表面供应液体冷却剂，并且其中再加热所述外部固体壳包括从所述外部固体壳的所述外表面去除所述液体冷却剂。
23.如权利要求22所述的方法，其中再加热所述外部固体壳还包括向所述外部固体壳的所述外表面施加热以补充来自所述内部熔融芯的潜热加热。
24. 如权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
对所述锭坯进行温度测量；以及
基于所述温度测量来动态地调整所述模具与所述横截面之间的距离。
25.如权利要求15所述的方法，所述方法还包括：
在所述内部熔融芯中邻近所述内部熔融芯与所述外部固体壳之间的界面引发搅拌。
26.如权利要求25所述的方法，所述方法还包括对所述锭坯进行温度测量，其中在所述内部熔融芯中引发搅拌包括基于所述温度测量来动态地调整搅拌强度。
27.如权利要求15所述的方法，其中在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的大约三分之一。
28.如权利要求15所述的方法，其中在所述横截面处，所述锭坯的所述外部固体壳占据从所述外表面延伸到所述锭坯的中心的线的不超过50%。
29.如权利要求15所述的方法，其中所述熔融金属是7xxx系列铝合金。
30.如权利要求15所述的方法，其中所述高强度区包括比所述外部固体壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
31.一种铝金属产品，所述铝金属产品包括：
凝固的铝合金块，所述凝固的铝合金块具有两个端部和一个外表面，其中所述凝固的铝合金块包括：
芯区域，所述芯区域含有所述凝固的铝合金块的中心；
外部区域，所述外部区域结合有所述外表面；以及
高强度区，所述高强度区设置在所述芯区域与所述外部区域之间，其中所述高强度区具有比所述芯区域和所述外部区域中的每一者更高的弥散体浓度。
32.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块包括来自直冷铸造过程的保留热。
33.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的大约三分之一的深度处。
34.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述高强度区沿着所述凝固的铝合金块的横截面位于从所述外表面延伸到所述凝固的铝合金块的所述中心的线的不超过一半的深度处。
35.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块是圆柱形形状。
36.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块的垂直于所述凝固的铝合金块的铸造方向的横截面是矩形形状。
37.如权利要求31所述的铝金属产品，其中所述凝固的铝合金块是凝固的7xxx系列铝合金块。
38.如权利要求31所述的铝金属产品，所述铝金属产品是根据权利要求1或15所述的方法制作的。
39. 一种锭坯，所述锭坯包括：
铝合金的液体熔融芯，所述液体熔融芯从上表面延伸到凝固界面；以及
所述铝合金的凝固的壳，所述凝固的壳包括在铸造方向上从所述凝固界面延伸到底端的外表面，其中所述凝固的壳包括高强度区，所述高强度区设置在所述外表面与在所述铸造方向上延伸穿过所述液体熔融芯的中心和所述凝固的壳的中心的中心线之间，其中所述高强度区具有比所述凝固的壳的剩余部分更高的弥散体浓度。
40.如权利要求39所述的锭坯，其中所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的大约三分之一的深度处。
41.如权利要求39所述的锭坯，其中所述高强度区位于从所述外表面延伸到所述中心线的线的不超过一半的深度处。
42.如权利要求39所述的锭坯，其中所述凝固的壳是圆柱形形状。
43.如权利要求39所述的锭坯，其中所述凝固的壳的垂直于所述铸造方向的横截面是矩形形状。
44.如权利要求39所述的锭坯，其中所述铝合金是7xxx系列铝合金。
45.如权利要求39所述的锭坯，所述锭坯是根据权利要求1或15所述的方法制作的。
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