CN1321556A

CN1321556A - 金属带材快速凝固成形方法

Info

Publication number: CN1321556A
Application number: CN 00106176
Authority: CN
Inventors: 周成; 谢建新
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2000-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2001-11-14
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: CN1150072C

Abstract

本发明提供了一种金属带材快速凝固成形的方法,背面实施冷却的冷却钢带(3)(3’)由驱动辊(6)(6’)、定位辊(4)(4’)和张紧辊(5)(5’)支撑,形成冷却区域;冷却钢带在驱动辊的带动下以线速度0.1～20m/s运动,熔融金属(1)在压力作用下由坩埚(2)进入冷却区域,在运动过程中被冷却而实现快速凝固成形,制备厚度100μm～2mm的快速凝固金属带材。其优点在于:可用于现有技术尚不能实现的厚度规格的各种高性能金属带材的快速凝固成形。

Description

金属带材快速凝固成形方法

本发明提供了一种金属带材快速凝固成形方法，属于金属带材的直接成形和近终形成形技术领域。

金属快速凝固的研究始于约40年前，此后，快速凝固技术与理论得到迅速发展，成为材料科学与工程研究的一个热点。在快速凝固过程中，由液相到固相的相变过程进行得非常快，从而能获得普通铸件和铸锭无法获得的成分、相结构和显微结构。现在已知：快速凝固能够均匀和细化微观组织，扩展合金中溶质的溶解度，生成非平衡结晶相及非晶态合金。最初的快速凝固技术用于实现金属薄片的快速凝固，目前的快速凝固技术已能实现金属粉末、细线和薄带的快速凝固。快速凝固粉末需进一步固化成形，而快速凝固细线和薄带则是直接成形，并且作为难加工金属带材的直接成形方法和近终形成形方法为人们所期待。

单辊法是目前主要的快速凝固薄带制备技术，它是将熔融金属连续地引向高速旋转的冷却辊上，实现快速凝固。根据熔融金属引入方式的不同，可分为自由喷射甩出法(Free Jet Melt Spinning)，如.J.R.Bedell：U.S.Patent No.3,862,658(1975)所提供的；平面流铸造法(Planar Flow Casting)，如M.C.Narasimhan：U.S.Patent No.4,221,257(1980)所提供的；金属液被拉成薄膜后，随冷却辊旋转一定的角度进一步冷却并凝固，然后与其分离。因为操作容易，结构简单，目前其应用最为广泛。包括以非晶态合金为代表的新材料的创制，磁性合金铁硅铝合金、形状记忆合金镍钛合金等难加工材直接产品化的尝试，不锈钢带坯连铸的开发等。但其缺点也很明显，主要表现在：(1)所得薄带上下表面的冷却条件和表面质量均不一样；(2)薄带厚度受限制(通常薄带厚度为10～100μm)。这些问题制约着快速凝固带材的推广应用。

双辊法是将液体金属连续地注入一对反向旋转的冷却辊的中点，实现快速凝固。很早就有采用双辊法实现连续铸造的想法，如H.Bessemer：U.S.Patent No.49,053，July 25，(1865)所提供的；后来人们将其用于快速凝固，如H.S.Chen and C.E.Miller：Rev.Sci.Instrum.，41(1970)，1237所提供的。由于是双面冷却，带材上下表面质量相同。人们曾期望双辊法是比单辊法冷却能力更强、可制备更厚带材的快速凝固技术，但实验结果并非如此。双辊法的熔融金属与冷却辊之接触时间通常远远小于单辊法，这可能是双辊法冷却能力不尽人意的主要原因。增加液体金属与冷却辊之接触时间的努力之一是采用带法(Belt Method)，如M.Sakata，T.Ishibashi：Proc.4^th Int.Conf.On Rapidly Quenched Metals.ed.T.Masumoto，K.Suzuki.(1982)，Vol.1，39所提供的；在两冷却辊之间增加一条与它们成一定程度包绕的冷却钢带，熔融金属在一冷却辊和冷却钢带之间冷却，它与冷却辊和冷却钢带有较长的接触时间。然而，这种方法并不能实现更厚带材的制备。增加冷却辊直径，也可增加接触时间。以近终形成形为目标，曾实现厚0.2～0.5mm高硅钢带的制备，如小泽三千晴，山根浩志，三宅苞，行本正雄，菅孝宏：川崎製铁技报，21(1989)，36所提供的，但由于熔融金属注入装置的升高会导致操作稳定性等一系列问题。降低冷却辊转速、同时在冷却辊两端设置侧封以防止熔融金属逸出，可实现厚1.5～5mm不锈钢带坯的制备，如竹内英磨：西山纪念技术讲座，1994所提供的，但此举是以牺牲冷却速度为代价的。可见，实现双面冷却，同时在快速运动条件下保证液体金属与冷却面有足够的接触时间，应是带材快速凝固技术追求的目标。带材快速凝固新技术的想法在此背景下孕育产生。

本发明的目的在于提供一种金属带材快速凝固成形方法，可实现厚至毫米级的金属带材快速凝固成形，尤其适合于各种难加工的高性能金属带材的直接成形或近终形成形。

本发明的构成如下：

1、背面实施冷却的冷却钢带(3)和(3’)形成冷却区域，冷却钢带(3)由定位辊(4)、张紧辊(5)和驱动辊(6)支撑，冷却钢带(3’)由定位辊(4’)张紧辊(5’)和驱动辊(6’)支撑；

2、冷却钢带在驱动辊的带动下以线速度0.1～20m/s运动，张紧辊对冷却钢带施加张力保证其运动平稳；

3、熔融金属(1)在压力P作用下由坩埚(2)进入冷却区域，在运动过程中被冷却而实现快速凝固成形；

4、通过调节定位辊(4)和(4’)的水平相对位置来调节冷却区域的入口厚度H，H的控制范围为：0.1～10mm，通过调节驱动辊(6)和(6’)的水平相对位置来调节冷却区域的出口厚度h，h的控制范围为0.1～2mm，通过调节定位辊(4)、(4’)与驱动辊(6)、(6’)的垂直距离来调节冷却区域的长度L，L的控制范围为：100～1000mm。因此，采用本方法可制备厚度100μm～2mm的快速凝固金属带材。

本发明的优点在于：可用于各种高性能金属带材的快速凝固成形。如高硅钢带的快速凝固成形，含硅6.5％的高硅钢具有铁硅系合金最优的软磁特性，但由于脆性大，不能采用通常的轧制法生产实用带材。在国外，采用单辊法和双辊法制备了韧性良好的6.5％Si硅钢薄带，但厚度太薄(小于50μm)；对轧制后的低硅钢采用CVD(化学气相沉积)法增加硅含量，制取了厚0.1～0.5mm的无取向6.5％Si硅钢，但成本上升。采用本发明，可制备厚0.1～0.5mm的6.5％Si硅钢带。

下面结合附图对本发明进一步说明。图1为本发明的概念图。熔融金属(1)在压力作用下从坩埚(2)进入由两条冷却钢带(3)和(3’)所形成的冷却区域。冷却钢带(3)由定位辊(4)、张紧辊(5)和驱动辊(6)支撑，冷却钢带(3’)由定位辊(4’)张紧辊(5’)和驱动辊(6’)支撑，冷却钢带(3)和(3’)分别在驱动辊(6)和(6’)的带动下以相同的速度运动。进入冷却区域的熔融金属在运动过程中被冷却而实现快速凝固成形。通过调节各辊的相对位置，可调节冷却区域的入口厚度H、出口厚度h和冷却区域长度L，从而实现不同厚度、不同材质的金属带材的快速凝固成形。

Claims

1、一种金属带材快速凝固成形的方法，其特征在于：背面实施冷却的冷却钢带(3)和(3’)形成冷却区域，冷却钢带(3)由定位辊(4)、张紧辊(5)和驱动辊(6)支撑，冷却钢带(3’)由定位辊(4’)张紧辊(5’)和驱动辊(6’)支撑；冷却钢带在驱动辊的带动下以线速度0.1～20m/s运动，张紧辊对冷却钢带施加张力保证其运动平稳；熔融金属(1)在压力作用下由坩埚(2)进入冷却区域，在运动过程中被冷却而实现快速凝固成形；通过调节定位辊(4)和(4’)的水平相对位置来调节冷却区域的入口厚度H，H的控制范围为：0.1～10mm，通过调节驱动辊(6)和(6’)的水平相对位置来调节冷却区域的出口厚度h，h的控制范围为0.1～2mm，通过调节定位辊(4)、(4’)与驱动辊(6)、(6’)的垂直距离来调节冷却区域的长度L，L的控制范围为：100～1000mm；制备厚度100μm～2mm的快速凝固金属带材。