ES2828281T3 - Lingote de metal compuesto y producto de lámina compuesta que comprende tal lingote laminado en caliente y en frío - Google Patents

Abstract

Un lingote de metal compuesto, que comprende al menos dos capas de diferente composición de aleación, donde se forman pares de capas adyacentes que consisten en una primera aleación y una segunda aleación por contacto de la segunda aleación con la superficie autoportante de la primera aleación, de modo que cuando la segunda aleación entra en contacto primero con la superficie autoportante de la primera aleación, la superficie autoportante de la primera aleación está a una temperatura entre su temperatura de liquidus y de solidus y la temperatura de la segunda aleación está por encima de su temperatura de liquidus, donde los componentes de aleación de la segunda aleación están presentes entre los límites de grano de la primera aleación durante una distancia de 50 μm desde la interfaz entre las capas.

Description

DESCRIPCIÓN

Lingote de metal compuesto y producto de lámina compuesta que comprende tal lingote laminado en caliente y en frío 1. Campo técnico

Esta invención se refiere a lingotes de metal compuesto novedosos obtenidos mediante un procedimiento para fundir lingotes de metal compuesto, así como a un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío y una estructura soldada que incorpora el producto de lámina compuesta utilizando un procedimiento de soldadura fuerte basado en fundente o sin fundente.

2. Técnica anterior

Durante muchos años, los lingotes de metal, en particular los lingotes de aluminio o de aleación de aluminio, se han producido mediante un procedimiento de colada semicontinua conocido como colada directa en coquilla. En este procedimiento se ha vertido metal fundido en la parte superior de un molde de extremo abierto y se ha aplicado un refrigerante, típicamente agua, directamente a la superficie de solidificación del metal a medida que emerge del molde. Tal sistema se utiliza habitualmente para producir lingotes de sección rectangular grandes para la producción de productos laminados, por ejemplo, productos de láminas de aleación de aluminio. Existe un gran mercado de lingotes compuestos que consisten en dos o más capas de diferentes aleaciones. Tales lingotes se utilizan para producir, después de la laminación, lámina revestida para diversas aplicaciones tales como lámina de soldadura fuerte, chapa aeronáutica y otras aplicaciones en las que se desea que las propiedades de la superficie sean diferentes de las del núcleo.

La estrategia convencional para tal lámina revestida ha sido laminar en caliente planchones de diferentes aleaciones juntos para "fijar" los dos juntos, y a continuación seguir laminando para producir el producto acabado. Esto tiene la desventaja de que la interfaz entre los planchones generalmente no está metalúrgicamente limpia y la unión de las capas puede ser un problema.

También ha habido interés en la colada de lingotes en capas para producir un lingote compuesto listo para laminar. Por lo general, esto se ha llevado a cabo utilizando colada directa en coquilla (direct chill, DC), ya sea por solidificación simultánea de dos corrientes de aleación o solidificación secuencial en la que un metal se solidifica antes de entrar en contacto con un segundo metal fundido. En la bibliografía se describen varios de tales procedimientos que han tenido diversos grados de éxito.

En la patente de EE.UU. 4.567.936, de Binczewski, concedida el 4 de febrero de 1986, se describe un procedimiento para producir un lingote compuesto por colada DC donde una capa exterior de mayor temperatura de solidus se cuela alrededor de una capa interior con una menor temperatura de solidus. La descripción establece que la capa exterior debe ser "completamente sólida y firme" para cuando la aleación de menor temperatura de solidus entre en contacto con ella.

La patente alemana 844 806, de Keller, publicada el 24 de julio de 1952 describe un molde único para colar una estructura en capas donde se cuela un núcleo interior antes que la capa exterior. En este procedimiento, la capa exterior se solidifica completamente antes de que la aleación interior entre en contacto con ella.

En la patente de EE.UU. 3.353.934, de Robinson, concendida el 21 de noviembre de 1967 se describe un sistema de colada en el que se coloca una partición interna dentro de la cavidad del molde para separar sustancialmente áreas de diferentes composiciones de aleación. El extremo del deflector está diseñado para que termine en la "zona pastosa" justo encima de la porción solidificada del lingote. Dentro de la "zona pastosa", la aleación se puede mezclar libremente debajo del extremo del deflector para formar una unión entre las capas. Sin embargo, el procedimiento no es controlable en el sentido de que el deflector utilizado es "pasivo" y la colada depende del control de la ubicación del sumidero - que está controlado indirectamente por el sistema de refrigeración.

En la patente alemana DE4420697 de Matzner, publicada el 21 de diciembre de 1995 se describe un sistema de colada que utiliza una partición interna similar a la de Robinson, en la que la posición del sumidero deflector se controla para permitir la mezcla de la fase líquida de la zona de interfaz para crear un gradiente de concentración continuo en la interfaz.

La patente británica GB 1.174.764 de Robertson y col., de fecha de solicitud del 21 de diciembre de 1965, publicada el 17 de diciembre de 1969, se proporciona un deflector móvil para dividir un sumidero de colada común y permitir la colada de dos metales distintos. El deflector se puede mover para permitir en un límite que los metales se entremezclan completamente y en el otro límite colar dos líneas separadas.

En la publicación WO 2003/035305 de Kilmer y col., publicada el 1 de mayo de 2003 se describe un sistema de colada que utiliza un material de barrera en forma de una lámina delgada entre dos capas de aleación diferentes. La lámina delgada tiene un punto de fusión suficientemente alto como para que permanezca intacta durante la colada y se incorpora al producto final.

La patente de EE.UU. 4.828.015 de Takeuchi y col., concedida el 9 de mayo de 1989 describe un procedimiento de colada de dos aleaciones líquidas en un solo molde creando una partición en la zona líquida por medio de un campo magnético y alimentación de las dos zonas con aleaciones separadas. La aleación que se alimenta a la parte superior de la zona forma así un cascarón alrededor del metal que se alimenta a la porción inferior.

La patente de EE.UU. 3.911.996 de Veillette, describe un molde que tiene una pared flexible exterior para ajustar la forma del lingote durante la colada.

La patente de EE.UU. 5.947.184 de Steen y col., describe un molde similar al de Veillette pero que permite más control de la forma.

La patente de EE.UU. 4.498.521 de Takeda y col. describe un sistema de control de nivel de metal que utiliza un flotador sobre la superficie del metal para medir el nivel de metal y retroalimentar el control de flujo de metal.

La patente de EE.UU. 5.526.870 de Odegard y col., describe un sistema de control de nivel de metal que utiliza una sonda (radar) de detección remota.

La patente de EE.UU. 6.260.602 de Wagstaff, describe un molde que tiene una pared de sección decreciente variable para controlar la forma externa de un lingote.

Un objeto de la presente invención es producir un lingote de metal compuesto que consiste en dos o más capas que tienen una unión metalúrgica mejorada entre capas contiguas.

Descripción de la invención

La materia objeto de la presente invención se define en las reivindicaciones.

En esta invención se describe un procedimiento para la colada de un lingote de metal compuesto que comprende al menos dos capas formadas por una o más composiciones de aleaciones. El procedimiento comprende proporcionar un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida donde se añade metal fundido en el extremo de alimentación y se extrae un lingote solidificado del extremo de salida. Se utilizan paredes divisorias para dividir el extremo de alimentación en al menos dos cámaras de alimentación separadas, terminando las paredes divisorias por encima del extremo de salida del molde y donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación. Para cada par de cámaras de alimentación adyacentes, una primera corriente de una primera aleación se alimenta a una del par de cámaras de alimentación para formar un charco de metal en la primera cámara y una segunda corriente de una segunda aleación se alimenta a través de la segunda del par de cámaras de alimentación para formar un charco de metal en la segunda cámara. El primer charco de metal entra en contacto con la pared divisoria entre el par de cámaras para enfriar el primer charco para formar una superficie autoportante adyacente a la pared divisoria. A continuación, el segundo charco de metal se pone en contacto con el primer charco de modo que el segundo charco entra en contacto primero con la superficie autoportante del primer charco en un punto donde la temperatura de la superficie autoportante está entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la primera aleación. De este modo, los dos charcos de aleación se unen como dos capas y se enfrían para formar un lingote compuesto.

Preferentemente, la segunda aleación entra en contacto inicialmente con la superficie autoportante de la primera aleación cuando la temperatura de la segunda aleación está por encima de la temperatura de liquidus de la segunda aleación. La primera y la segunda aleación pueden tener la misma composición de aleación o pueden tener diferentes composiciones de aleación.

Preferentemente, la superficie superior de la segunda aleación entra en contacto con la superficie autoportante del primer charco en un punto donde la temperatura de la superficie autoportante está entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la primera aleación.

En este caso, la superficie autoportante se puede generar enfriando el primer charco de aleación de modo que la temperatura de la superficie en el punto donde la segunda aleación entra en contacto primero con la superficie autoportante está entre la temperatura de liquidus y de solidus.

Otro procedimiento descrito en esta invención para la colada de un lingote de metal compuesto comprende al menos dos capas formadas por una o más composiciones de aleaciones. El procedimiento comprende proporcionar un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida donde se añade metal fundido en el extremo de alimentación y se extrae un lingote solidificado del extremo de salida. Se utilizan paredes divisorias para dividir el extremo de alimentación en al menos dos cámaras de alimentación separadas, terminando las paredes divisorias por encima del extremo de salida del molde y donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación. Para cada par de cámaras de alimentación adyacentes, una primera corriente de una primera aleación se alimenta a una del par de cámaras de alimentación para formar un charco de metal en la primera cámara y una segunda corriente de una segunda aleación se alimenta a través de la segunda del par de cámaras de alimentación para formar un charco de metal en la segunda cámara. El primer charco de metal entra en contacto con la pared divisoria entre el par de cámaras para enfriar el primer charco para formar una superficie autoportante adyacente a la pared divisoria. A continuación, el segundo charco de metal se pone en contacto con el primer charco de modo que el segundo charco entra en contacto primero con la superficie autoportante del primer charco en un punto donde la temperatura de la superficie autoportante está por debajo de la temperatura de solidus de la primera aleación para formar una interfaz entre las dos aleaciones. A continuación, la interfaz se recalienta a una temperatura entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación, de modo que los dos charcos de aleación se unen así como dos capas y se enfrían para formar un lingote compuesto.

En este caso, el recalentamiento se consigue preferentemente permitiendo que el calor latente dentro del primer o el segundo charco de aleación recaliente la superficie.

Preferentemente, la segunda aleación entra en contacto inicialmente con la superficie autoportante de la primera aleación cuando la temperatura de la segunda aleación está por encima de la temperatura de liquidus de la segunda aleación. La primera y la segunda aleación pueden tener la misma composición de aleación o pueden tener diferentes composiciones de aleación.

Preferentemente, la superficie superior de la segunda aleación entra en contacto con la superficie autoportante del primer charco en un punto donde la temperatura de la superficie autoportante está entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la primera aleación.

La superficie autoportante también puede tener una capa de óxido formada sobre ella. Es lo suficientemente fuerte para soportar las fuerzas de separación que normalmente hacen que el metal se extienda cuando no está confinado. Estas fuerzas de separación incluyen las fuerzas creadas por la carga metalostática de la primera corriente y la expansión de la superficie en el caso de que el enfriamiento se extienda por debajo del solidus seguido de un recalentamiento de la superficie. Poniendo la segunda aleación líquida en primer contacto con la primera aleación mientras la primera aleación está todavía en estado semisólido o, en el caso alternativo, asegurándose de que la interfaz entre las aleaciones se recaliente a un estado semisólido, se forma una capa de interfaz distinta pero de unión entre las dos aleaciones. Además, el hecho de que la interfaz entre la segunda capa de aleación y la primera aleación se forme así antes de que la primera capa de aleación haya desarrollado un cascarón rígido significa que las tensiones creadas por la aplicación directa de refrigerante a la superficie exterior del lingote están mejor controladas en el producto acabado, lo que es particularmente ventajoso cuando se cuelan aleaciones propensas a agrietarse.

El resultado es que la interfase entre la primera y la segunda aleación se mantiene, en un tramo corto de lingote emergente, a una temperatura entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación. En particular, la segunda aleación se alimenta en el molde de modo que la superficie superior de la segunda aleación en el molde esté en contacto con la superficie de la primera aleación donde la temperatura de la superficie está entre la temperatura de solidus y liquidus y, por lo tanto, se forma una interfaz que ha cumplido este requisito. En un caso alternativo, la interfaz se recalienta a una temperatura entre la temperatura de solidus y de liquidus poco después de que la superficie superior de la segunda aleación entre en contacto con la superficie autoportante de la primera aleación. Preferentemente, la segunda aleación está por encima de su temperatura de liquidus cuando entra en contacto primero con la superficie de la primera aleación. Cuando se hace esto, se mantiene la integridad de la interfaz pero, al mismo tiempo, ciertos componentes de la aleación son lo suficientemente móviles a través de la interfaz como para facilitar la unión metalúrgica.

Si la segunda aleación entra en contacto donde la temperatura de la superficie de la primera aleación está suficientemente por debajo del solidus (por ejemplo, después de que se ha formado un cascarón sólido significativo), y hay calor latente insuficiente para recalentar la interfaz a una temperatura entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la primera aleación, entonces la movilidad de los componentes de la aleación es muy limitada y se forma una unión metalúrgica pobre. Esto puede provocar la separación de capas durante el procesamiento posterior. Si la superficie autoportante no se forma en la primera aleación antes de que la segunda aleación entre en contacto con la primera aleación, entonces las aleaciones pueden mezclarse libremente y se forma una capa difusa o un gradiente de concentración de aleación en la interfaz, haciendo que la interfaz sea menos distinta.

Se prefiere particularmente que la superficie superior de la segunda aleación se mantenga en una posición por debajo del borde inferior de la pared divisoria. Si la superficie superior de la segunda aleación en el molde se encuentra por encima del punto de contacto con la superficie de la primera aleación, por ejemplo, por encima del borde inferior de la pared divisoria, entonces existe el peligro de que la segunda aleación pueda perturbar la superficie autoportante de la primera aleación o incluso volver a fundir completamente la superficie debido al exceso de calor latente. Si esto sucede, puede haber una mezcla excesiva de aleaciones en la interfaz o, en algunos casos, escape de metal fundido y fallo de la colada. Si la segunda aleación entra en contacto con la pared divisoria particularmente muy por encima del borde inferior, puede incluso enfriarse prematuramente hasta un punto en el que el contacto con la superficie autoportante de la primera aleación ya no forma una fuerte unión metalúrgica. En ciertos casos, sin embargo, puede ser ventajoso mantener la superficie superior de la segunda aleación cerca del borde inferior de la pared divisoria pero ligeramente por encima del borde inferior para que la pared divisoria pueda actuar como un desescoriador de óxido para impedir que los óxidos de la superficie de la segunda capa se incorporen en la interfaz entre las dos capas. Esto es particularmente ventajoso cuando la segunda aleación es propensa a la oxidación. En cualquier caso, la posición de la superficie superior debe controlarse cuidadosamente para evitar los problemas mencionados anteriormente, y no debería encontrarse a más de 3 mm por encima del extremo inferior del divisor.

En todos los procedimientos anteriores es particularmente ventajoso poner en contacto la segunda aleación con la primera a una temperatura entre la temperatura de solidus y la de coherencia de la primera aleación o recalentar la interfaz entre las dos a una temperatura entre la temperatura de solidus y la de coherencia de la primera aleación. El punto de coherencia y la temperatura (entre la temperatura de solidus y de liquidus) a la que se produce es una etapa intermedia en la solidificación del metal fundido. A medida que las dendritas aumentan de tamaño en un metal fundido que se enfría y comienzan a chocar entre sí, se acumula una red sólida continua en todo el volumen de la aleación. El punto en el que hay un aumento repentino en la fuerza de torsión necesaria para cizallar la red sólida se conoce como "punto de coherencia". La descripción del punto de coherencia y su determinación se puede encontrar en el documento Solidification Characteristics of Aluminum Alloys Volume 3 Dendrite Coherency, pág. 210.

En esta invención se describe, además, un aparato para colar metal que comprende un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y un bloque inferior que puede encajar dentro del extremo de salida y se puede mover en una dirección a lo largo del eje del molde anular. El extremo de alimentación del molde está dividido en al menos dos cámaras de alimentación separadas, donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación y donde las cámaras de alimentación adyacentes están separadas por una pared divisoria de temperatura controlada que puede añadir o eliminar calor. La pared divisoria termina por encima del extremo de salida del molde. Cada cámara incluye un aparato de control de nivel de metal de manera que en pares adyacentes de cámaras el nivel de metal en una cámara se puede mantener en una posición por encima del extremo inferior de la pared divisoria entre las cámaras y en la otra cámara se puede mantener en una posición diferente desde el nivel en la primera cámara.

Preferentemente, el nivel en la otra cámara se mantiene en una posición por debajo del extremo inferior de la pared divisoria.

La pared divisoria está diseñada de manera que el calor extraído o añadido se calibre para crear una superficie autoportante sobre el metal en la primera cámara adyacente a la pared divisoria y para controlar la temperatura de la superficie autoportante del metal en la primera cámara para situarse entre la temperatura de solidus y de liquidus en un punto donde la superficie superior del metal en la segunda cámara se puede mantener.

La temperatura de la capa autoportante se puede controlar cuidadosamente eliminando el calor de la pared divisoria mediante un fluido de control de temperatura que se hace pasar a través de una porción de la pared divisoria o se pone en contacto con la pared divisoria en su extremo superior para controlar la temperatura de la capa autoportante. En esta invención se describe además un procedimiento para la colada de un lingote de metal compuesto que comprende al menos dos aleaciones diferentes, que comprende proporcionar un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y medios para dividir el extremo de alimentación en al menos dos cámaras de alimentación separadas, donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación. Para cada par de cámaras de alimentación adyacentes, una primera corriente de una primera aleación se alimenta a través de una de las cámaras de alimentación adyacentes a dicho molde, una segunda corriente de una segunda aleación se alimenta a través de otra de las cámaras de alimentación adyacentes. Se proporciona una pared divisoria de control de temperatura entre las cámaras de alimentación adyacentes, de modo que el punto de la interfaz donde la primera y la segunda aleación entran en contacto inicialmente entre sí se mantiene a una temperatura entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la primera aleación por medio de la pared divisoria de control de temperatura mediante la cual las corrientes de aleación se unen como dos capas. Las capas de aleación unidas se enfrían para formar un lingote compuesto.

La segunda aleación se pone preferentemente en contacto con la primera aleación inmediatamente por debajo de la parte inferior de la pared divisoria sin entrar en contacto primero con la pared divisoria. En cualquier caso, la segunda aleación debería entrar en contacto con la primera aleación no menos de aproximadamente 2 mm por debajo del borde inferior de la pared divisoria pero no más de 20 mm y preferentemente aproximadamente 4 a 6 mm por debajo del borde inferior de la pared divisoria.

Si la segunda aleación entra en contacto con la pared divisoria antes de entrar en contacto con la primera aleación, puede enfriarse prematuramente hasta un punto en el que el contacto con la superficie autoportante de la primera aleación ya no forma una fuerte unión metalúrgica.' Incluso si la temperatura de liquidus de la segunda aleación es lo suficientemente baja como para que esto no suceda, la carga metalostática que existiría puede hacer que la segunda aleación se alimente en el espacio entre la primera aleación y la pared divisoria y cause defectos o fallo de colada. Cuando se desee que la superficie superior de la segunda aleación esté por encima del borde inferior de la pared divisoria (por ejemplo, para desescoriar óxidos), debe controlarse cuidadosamente y colocarse lo más cerca que sea prácticamente posible del borde inferior de la pared divisoria para evitar estos problemas.

La pared divisoria entre pares adyacentes de cámaras de alimentación puede ser de sección decreciente y el estrechamiento puede variar a lo largo de longitud de la pared divisoria. La pared divisoria puede tener además una forma curvilínea. Estas características se pueden utilizar para compensar las diferentes propiedades térmicas y de solidificación de las aleaciones utilizadas en las cámaras separadas por la pared divisoria y, por lo tanto, proporcionar el control de la geometría de la interfaz final dentro del lingote emergente. La pared de forma curvilínea también puede servir para formar lingotes con capas que tienen geometrías específicas que se pueden laminar con menos desperdicio. La pared divisoria entre pares adyacentes de cámaras de alimentación se puede hacer flexible y se puede ajustar para garantizar que la interfaz entre las dos capas de aleación en el producto final colado y laminado sea recta independientemente de las aleaciones utilizadas y sea recta incluso en la sección de inicio.

En esta invención se describe además un aparato para colada de lingotes de metal compuesto, que comprende un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y un bloque inferior que puede encajar dentro del extremo de salida y se puede mover a lo largo del eje del molde. El extremo de alimentación del molde está dividido en al menos dos cámaras de alimentación separadas, donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación y donde las cámaras de alimentación adyacentes están separadas por una pared divisoria. La pared divisoria es flexible y un dispositivo de posicionamiento está unido a la pared divisoria de modo que la curvatura de la pared en el plano del molde se puede variar en una cantidad predeterminada durante el funcionamiento.

En esta invención se describe además un procedimiento para la colada de un lingote de metal compuesto que comprende al menos dos aleaciones diferentes, que comprende proporcionar un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y medios para dividir el extremo de alimentación en al menos dos cámaras de alimentación separadas, donde cada cámara de alimentación es adyacente al menos a otra cámara de alimentación. Para pares adyacentes de las cámaras de alimentación, una primera corriente de una primera aleación se alimenta a través de una de las cámaras de alimentación adyacentes al molde, y una segunda corriente de una segunda aleación se alimenta a través de otra de las cámaras de alimentación adyacentes. Se proporciona una pared divisoria flexible entre cámaras de alimentación adyacentes y la curvatura de la pared divisoria flexible se ajusta durante la colada para controlar la forma de la interfaz donde las aleaciones se unen como dos capas. Las capas de aleación unidas se enfrían a continuación para formar un lingote compuesto.

La alimentación de metal requiere un control de nivel cuidadoso y uno de tales procedimientos es proporcionar un flujo lento de gas, preferentemente inerte; a través de un tubo con una abertura en un punto fijo con respecto al cuerpo del molde anular. La abertura se sumerge en uso debajo de la superficie del metal en el molde, se mide la presión del gas y de ese modo se determina la carga metalostática por encima de la abertura del tubo. Por tanto, la presión medida se puede utilizar para controlar directamente el flujo de metal hacia el interior del molde para mantener la superficie superior del metal a un nivel constante.

En esta invención se describe además un procedimiento de colada de un lingote de metal que comprende proporcionar un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida, y alimentar una corriente de metal fundido en el extremo de alimentación de dicho molde para crear un charco de metal dentro dicho molde que tiene una superficie. El extremo de un tubo de suministro de gas se sumerge en el charco de metal desde el extremo de alimentación del tubo del molde en una posición predeterminada con respecto al cuerpo del molde y se burbujea un gas inerte a través del tubo de suministro de gas a una velocidad lenta suficiente para mantener el tubo descongelado. La presión del gas dentro de dicho tubo se mide para determinar la posición de la superficie de metal fundido con respecto al cuerpo del molde.

En esta invención se describe además un aparato para colar un lingote de metal que comprende un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y un bloque inferior que encaja dentro del extremo de salida y se puede mover a lo largo del eje del molde. Se proporciona un dispositivo de control de flujo de metal para controlar la velocidad a la que el metal puede fluir hacia el molde desde una fuente externa, y también se proporciona un sensor de nivel de metal que comprende un tubo de suministro de gas unido a una fuente de gas por medio de un controlador de flujo de gas y que tiene un extremo abierto posicionado en una ubicación predefinida debajo del extremo de alimentación del molde, de modo que, en uso, el extremo abierto del tubo normalmente se encontraría por debajo del nivel del metal en el molde. También se proporciona un medio para medir la presión del gas en el tubo de suministro de gas entre el controlador de flujo y el extremo abierto del tubo de suministro de gas, estando adaptada la presión medida del gas para controlar el dispositivo de control de flujo de metal para mantener el metal en el que se sitúa el extremo abierto del tubo de suministro de gas a un nivel predeterminado.

Este procedimiento y aparato para medir el nivel de metal es particularmente útil para medir y controlar el nivel de metal en un espacio confinado, como en algunas o todas las cámaras de alimentación en un diseño de molde de múltiples cámaras. Puede utilizarse junto con otros sistemas de control de nivel de metal que utilizan flotadores o monitores de posición de superficie similares, donde, por ejemplo, se utiliza un tubo de gas en cámaras de alimentación más pequeñas y un sistema de control de alimentación basado en un flotador o dispositivo similar en cámaras de alimentación más grandes.

En esta invención se describe además un procedimiento para colar un lingote compuesto que tiene dos capas de diferentes aleaciones, donde una aleación forma una capa en la cara más ancha o de "laminación" de un lingote de sección transversal rectangular formado de otra aleación. Para este procedimiento, se proporciona un molde anular de extremos abiertos que tiene un extremo de alimentación y un extremo de salida y medios para dividir el extremo de alimentación en cámaras de alimentación adyacentes separadas por una pared divisoria de temperatura controlada. La primera corriente de una primera aleación se alimenta a través de una de las cámaras de alimentación al molde y una segunda corriente de una segunda aleación se alimenta a través de otra de las cámaras de alimentación, teniendo esta segunda aleación una temperatura de liquidus más baja que la primera aleación. La primera aleación se enfría mediante la pared divisoria de temperatura controlada para formar una superficie autoportante que se extiende por debajo del extremo inferior de la pared divisoria y la segunda aleación entra en contacto con la superficie autoportante de la primera aleación en una ubicación donde la temperatura de la superficie autoportante se mantiene entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación, por lo que las dos corrientes de aleación se unen como dos capas. Las capas de aleación unidas se enfrían a continuación para formar un lingote compuesto.

Preferentemente, las dos cámaras están configuradas de modo que una cámara exterior rodee completamente la cámara interior por lo que se forma un lingote que tiene una capa de una aleación que rodea completamente un núcleo de una segunda aleación.

Una realización preferida de la invención incluye dos paredes divisorias de temperatura controlada espaciadas que forman tres cámaras de alimentación. Por tanto, hay una cámara de alimentación central con una pared divisoria a cada lado y un par de cámaras de alimentación exteriores a cada lado de la cámara de alimentación central. Puede alimentarse una corriente de la primera aleación a través de la cámara de alimentación central, con las corrientes de la segunda aleación siendo alimentada en las dos cámaras laterales. Tal disposición se utiliza típicamente para proporcionar dos capas de revestimiento sobre un material de núcleo central.

También es posible invertir el procedimiento de modo que las corrientes de la primera aleación se alimenten a través de las cámaras laterales mientras que una corriente de la segunda aleación se alimente a través de la cámara central. Con esta disposición, la colada se inicia en las cámaras de alimentación laterales con la segunda aleación siendo alimentada a través de la cámara central y entrando en contactando con el par de primeras aleaciones inmediatamente debajo de las paredes divisorias.

La forma de la sección transversal del lingote puede tener cualquier forma conveniente (por ejemplo, circular, cuadrada, rectangular o cualquier otra forma regular o irregular) y las formas de la sección transversal de las capas individuales también pueden variar dentro del lingote.

En esta invención se describe además un producto de lingote colado que consiste en un lingote alargado que comprende, en sección transversal, dos o más capas de aleación separadas de composición diferente, donde la interfaz entre las capas de aleaciones adyacentes es en forma de una unión metalúrgica sustancialmente continua. Este enlace se caracteriza por la presencia de partículas dispersas de una o más composiciones intermetálicas de la primera aleación en una región de la segunda aleación adyacente a la interfaz. Generalmente en la presente invención, la primera aleación es aquella en la que se forma primero una superficie autoportante y la segunda aleación se pone en contacto con esta superficie mientras la temperatura de la superficie está entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación, o la interfaz se recalienta posteriormente a una temperatura entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación. Las partículas dispersas tienen preferentemente menos de aproximadamente 20 pm de diámetro y se encuentran en una región de hasta aproximadamente 200 pm de la interfaz. La unión puede caracterizarse además por la presencia de penachos o exudados de una o más composiciones intermetálicas de la primera aleación que se extienden desde la interfaz hasta la segunda aleación en la región adyacente a la interfaz. Esta característica se forma particularmente cuando la temperatura de la superficie autoportante no se ha reducido por debajo de la temperatura de solidus antes de entrar en contacto con la segunda aleación.

Los penachos o exudados penetran preferentemente menos de aproximadamente 100 pm en la segunda aleación desde la interfaz.

Cuando las composiciones intermetálicas de la primera aleación se dispersan o exudan en la segunda aleación, queda en la primera aleación, adyacente a la interfaz entre la primera y la segunda aleación, una capa que contiene una cantidad reducida de partículas intermetálicas y que, en consecuencia, puede formar una capa que es más noble que la primera aleación y puede impartir resistencia a la corrosión al material de revestimiento. Esta capa tiene típicamente un grosor de 4 a 8 mm.

Esta unión puede caracterizarse además por la presencia de una capa difusa de componentes de aleación de la primera aleación en la segunda capa de aleación adyacente a la interfaz. Esta característica se forma particularmente en casos en los que la superficie de la primera aleación se enfría por debajo de la temperatura de solidus de la primera aleación y a continuación la interfaz entre la primera y la segunda aleación se recalienta entre las temperaturas de solidus y de liquidus.

Aunque no se desea ceñirse a ninguna teoría, se cree que la presencia de estas características está causada por la formación de segregados de compuestos intermetálicos de la primera aleación en la superficie autoportante formada sobre ella con su posterior dispersión o exudación en la segunda aleación después de que entra en contacto con la superficie. La exudación de compuestos intermetálicos es asistida por fuerzas de extensión presentes en la interfaz. Una característica adicional de la interfaz entre capas formadas por los procedimientos de esta invención es la presencia de componentes de aleación de la segunda aleación entre los límites de grano de la primera aleación inmediatamente adyacentes a la interfaz entre las dos aleaciones. Se cree que estos surgen cuando la segunda aleación (todavía generalmente por encima de su temperatura de liquidus) entra en contacto con la superficie autoportante de la primera aleación (a una temperatura entre la temperatura de solidus y de liquidus de la primera aleación). En estas condiciones específicas, el componente de aleación de la segunda aleación puede difundirse una distancia corta (típicamente, aproximadamente 50 pm) a lo largo de los límites de grano todavía líquidos, pero no en los granos ya formados en la superficie de la primera aleación. Si la temperatura de la interfaz está por encima de la temperatura de liquidus de ambas aleaciones, se producirá la mezcla general de las aleaciones y los segundos componentes de aleación se encontrarán dentro de los granos, así como dentro de los límites de grano. Si la temperatura de la interfaz está por debajo de la temperatura de solidus de la primera aleación, no habrá oportunidad de que se produzca difusión de límite de grano.

Las características interfaciales específicas descritas son características específicas causadas por difusión en estado sólido, o difusión o movimiento de elementos a lo largo de trayectos de líquido restringidos y no afectan a la naturaleza generalmente distinta de la interfaz global.

Independientemente de cómo se forme la interfaz, la estructura única de la interfaz proporciona una fuerte unión metalúrgica en la interfaz y, por lo tanto, hace que la estructura sea adecuada para laminación en una lámina sin problemas asociados con la deslaminación o la contaminación de la interfaz.

Según la invención, existe un lingote de metal compuesto, que comprende al menos dos capas de un lingote de metal compuesto, que comprende al menos dos capas de diferente composición de aleación, donde se forman pares de capas adyacentes que consisten en una primera aleación y una segunda aleación por contacto de la segunda aleación con la superficie autoportante de la primera aleación, de modo que cuando la segunda aleación entra en contacto primero con la superficie autoportante de la primera aleación, la superficie autoportante de la primera aleación está a una temperatura entre su temperatura de liquidus y de solidus y la temperatura de la segunda aleación está por encima de su temperatura de liquidus, donde los componentes de aleación de la segunda aleación están presentes entre los límites de grano de la primera aleación durante una distancia de 50 pm desde la interfaz entre las capas.

En una realización preferida de la invención, el lingote tiene una sección transversal rectangular y comprende un núcleo de la primera aleación y al menos una capa superficial de la segunda aleación, aplicándose la capa superficial al lado largo de la sección transversal rectangular. Este lingote de metal compuesto se lamina preferentemente en caliente y en frío para formar una lámina de metal compuesto.

En una realización particularmente preferida de la invención, la aleación del núcleo es una aleación de aluminiomanganeso y la aleación de la superficie es una aleación de aluminio-silicio. Tal lingote compuesto cuando se lamina en caliente y en frío para formar una lámina de soldadura fuerte de metal compuesto que puede someterse a una operación de soldadura fuerte para hacer una estructura soldada resistente a la corrosión.

En otra realización particularmente preferida de la invención, el núcleo de aleación es una aleación de chatarra de aluminio y la aleación superficial es una aleación de aluminio puro. Tales lingotes compuestos, cuando se laminan en caliente y en frío para formar lámina de metal compuesto, proporcionan productos reciclados económicos que tienen propiedades mejoradas de resistencia a la corrosión, capacidad de acabado superficial, etc. En el presente contexto, una aleación de aluminio puro es una aleación de aluminio que tiene una conductividad térmica superior a 190 vatios/m/K y un intervalo de solidificación inferior a 50 °C.

En otra realización particularmente preferida de la invención, el núcleo de aleación es una aleación no termotratable de alta resistencia (como una aleación de Al-Mg) y la aleación superficial es una aleación soldable (como una aleación de Al-Si ). Tales lingotes compuestos, cuando se laminan en caliente y en frío para formar lámina de metal compuesto, pueden someterse a una operación de conformación y utilizarse para estructuras de automóviles que a continuación pueden soldarse o unirse de manera similar.

En otra realización particularmente preferida de la invención el núcleo de aleación es una aleación termotratable de alta resistencia (como una aleación 2xxx) y la aleación superficial es una aleación de aluminio puro. Tales lingotes compuestos, cuando se laminan en caliente y en frío, forman lámina metálica compuesta adecuada para estructuras de aeronaves. La aleación pura puede seleccionarse por su resistencia a la corrosión o acabado superficial y debería tener preferentemente una temperatura de solidus mayor que la temperatura de solidus de la aleación del núcleo. En otra realización particularmente preferida de la invención el núcleo de aleación es una aleación de media resistencia termotratable (como una aleación de Al-Mg-Si) y la aleación superficial es una aleación de aluminio puro. Tales lingotes compuestos, cuando se laminan en caliente y en frío, forman una lámina de metal compuesto adecuada para cierres de automóviles. La aleación pura puede seleccionarse por su resistencia a la corrosión o acabado superficial y debería tener preferentemente una temperatura de solidus mayor que la temperatura de solidus de la aleación del núcleo. En otra realización preferida de la invención, el lingote es de sección transversal cilíndrica y comprende un núcleo de la primera aleación y una capa superficial concéntrica de la segunda aleación. En otra realización preferida de la invención, el lingote es de sección transversal rectangular o cuadrada y comprende un núcleo de la segunda aleación y una capa superficial anular de la primera aleación.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es una vista en alzado en sección parcial que muestra una única pared divisoria;

la Fig. 2 es una ilustración esquemática del contacto entre las aleaciones;

la Fig. 3 es una vista en alzado en sección parcial similar a la Fig. 1, pero que muestra un par de paredes divisorias; la Fig. 4 es una vista en alzado en sección parcial similar a la Fig. 3, pero con la segunda aleación que tiene una temperatura de liquidus más baja que la primera aleación que se alimenta a la cámara central;

las Figs. 5a, 5b y 5c son vistas en planta que muestran algunas disposiciones alternativas de la cámara de alimentación que pueden utilizarse con la presente descripción;

la Fig. 6 es una vista ampliada en sección parcial de una porción de la Fig. 1 que muestra un sistema de control de curvatura;

la Fig. 7 es una vista en planta de un molde que muestra los efectos de la curvatura variable de la pared divisoria; la Fig. 8 es una vista ampliada de una porción de la Fig. 1 que ilustra una pared divisoria de sección decreciente entre aleaciones;

la Fig. 9 es una vista en planta de un molde que muestra una configuración particularmente preferida de una pared divisoria;

la Fig. 10 es una vista esquemática que muestra el sistema de control de nivel de metal de la presente descripción; la Fig. 11 es una vista en perspectiva de un sistema de alimentación para una de las cámaras de alimentación de la presente descripción;

la Fig. 12 es una vista en planta de un molde que muestra otra configuración preferida de la pared divisoria; la Fig. 13 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre un par de aleaciones adyacentes utilizando el procedimiento de la presente invención que muestra la formación de partículas intermetálicas en la aleación opuesta;

la Fig. 14 es una microfotografía de una sección a través de la misma cara de unión que en la Fig. 13 que muestra la formación de penachos o exudados intermetálicos;

la Fig. 15 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre un par de aleaciones adyacentes procesadas en condiciones fuera del alcance de la presente invención;

La Fig. 16 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre una capa de aleación de revestimiento y una aleación de núcleo colado utilizando el procedimiento de la presente invención;

la Fig. 17 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre una capa de aleación de revestimiento y una aleación de núcleo colado utilizando el procedimiento de la presente invención, y que ilustra la presencia de componentes de aleación de núcleo únicamente a lo largo de los límites de grano de la aleación de revestimiento en la cara de unión;

la Fig. 18 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre una capa de aleación de revestimiento y una aleación de núcleo colado utilizando el procedimiento de la presente invención, y que ilustra la presencia de componentes de aleación difundidos como en la Figura 17; y

La Fig. 19 es una microfotografía de una sección a través de la cara de unión entre una capa de aleación de revestimiento y una aleación de núcleo colado utilizando el procedimiento de la presente invención, y que también ilustra la presencia de componentes de aleación difundidos como en la Figura 17.

Mejores modos de llevar a cabo la invención

Con referencia a la Fig. 1, el conjunto de molde de colada rectangular 10 tiene paredes de molde 11 que forman parte de una camisa de agua 12 desde la que se distribuye una corriente de agua de refrigeración 13.

La porción de alimentación del molde está dividida por una pared divisoria 14 en dos cámaras de alimentación. Una cubeta de suministro de metal fundido 30 y una boquilla de suministro 15 equipados con un regulador ajustable 32 alimentan una primera aleación a una cámara de alimentación y una segunda cubeta de suministro de metal 24 equipada con un canal lateral, una boquilla de suministro 16 y un regulador ajustable 31 alimentan una segunda aleación a una segunda cámara de alimentación. Los reguladores ajustables 31, 32 se ajustan o bien manualmente o bien en respuesta a alguna señal de control para ajustar el flujo de metal a las cámaras de alimentación respectivas. Un conjunto de bloque de fondo movible verticalmente 17 soporta el lingote compuesto embrionario que se está formando y encaja en el extremo de salida del molde antes de comenzar una colada y después se baja para permitir que se forme el lingote.

Como se muestra más claramente con referencia a la Figura 2, en la primera cámara de alimentación, el cuerpo de metal fundido 18 se enfría gradualmente para formar una superficie autoportante 27 adyacente al extremo inferior de la pared divisoria y a continuación forma una zona 19 que se encuentra entre líquido y sólido y, a menudo, se la denomina zona pastosa. Debajo de esta zona pastosa o semisólida hay una aleación de metal sólido 20. A la segunda cámara de alimentación se alimenta un segundo flujo de líquido de aleación 21 que tiene una temperatura de liquidus más baja que la primera aleación 18. Este metal también forma una zona pastosa 22 y, finalmente, una porción sólida 23.

La superficie autoportante 27 típicamente sufre una ligera contracción a medida que el metal se desprende de la pared divisoria 14 y a continuación una ligera dilatación a medida que las fuerzas de extensión causadas, por ejemplo, por la carga metalostática del metal 18 ejercen su influencia. La superficie autoportante tiene suficiente resistencia para restringir tales fuerzas incluso aunque la temperatura de la superficie pueda estar por encima de la temperatura de solidus del metal 18. Una capa de óxido en la superficie puede contribuir a este equilibrio de fuerzas.

La temperatura de la pared divisoria 14 se mantiene a una temperatura objetivo predeterminada por medio de un fluido de control de temperatura que pasa a través de un canal cerrado 33 que tiene una entrada 36 y una salida 37 para el suministro y extracción de fluido de control de temperatura que extrae calor de la pared divisora para crear una interfaz enfriada que sirve para controlar la temperatura de la superficie autoportante 27 por debajo del extremo inferior de la pared divisora 35. La superficie superior 34 del metal 21 en la segunda cámara se mantiene a continuación en una posición por debajo del borde inferior 35 de la pared divisoria 14 y, al mismo tiempo, la temperatura de la superficie autoportante 27 se mantiene de manera que la superficie 34 del metal 21 entra en contacto con esta superficie autoportante 27 en un punto donde la temperatura de la superficie 27 se encuentra entre la temperatura de solidus y de liquidus del metal 18. Típicamente, la superficie 34 se controla en un punto ligeramente por debajo del borde inferior 35 de la pared divisoria 14, generalmente entre aproximadamente 2 y 20 mm desde el borde inferior. La capa de interfaz así formada entre las dos corrientes de aleación en este punto forma una unión metalúrgica muy fuerte entre las dos capas sin mezcla excesiva de las aleaciones.

El flujo de refrigerante (y la temperatura) requerido para establecer la temperatura de la superficie autoportante 27 del metal 18 dentro del intervalo deseado generalmente se determina empíricamente mediante el uso de pequeños termopares que son incrustados en la superficie 27 del el lingote de metal a medida que se forma y una vez establecido para una composición y temperatura de colada dadas para el metal 18 (siendo la temperatura de colada la temperatura a la que el metal 18 se suministra al extremo de entrada de la cámara de alimentación) forma parte de la práctica de colada para tal aleación. Se ha descubierto en particular que en un flujo de refrigerante fijo a través del canal 33, la temperatura del refrigerante que sale del canal de refrigerante de la pared divisoria medida en la salida 37 se correlaciona bien con la temperatura de la superficie autoportante del metal en ubicaciones predeterminadas por debajo del borde inferior de la pared divisoria y, por lo tanto, proporciona un medio simple y efectivo de controlar esta temperatura crítica proporcionando un dispositivo de medición de temperatura tal como un termopar o termistor 40 en la salida del canal de refrigerante.

La Fig. 3 es esencialmente el mismo molde que en la Fig. 1, pero en este caso se utiliza un par de paredes divisorias 14 y 14a que dividen la boca del molde en tres cámaras de alimentación. Hay una cámara central para la primera aleación de metal y un par de cámaras de alimentación externas para una segunda aleación de metal. Las cámaras de alimentación externas pueden adaptarse para una segunda y tercera aleación de metal, en cuyo caso los extremos inferiores de las paredes divisorias 14 y 14a pueden colocarse de manera diferente y el control de temperatura puede diferir para las dos paredes divisorias dependiendo de los requisitos particulares para la colada y creación de interfaces fuertemente unidas entre la primera y la segunda aleación y entre la primera y la tercera aleación.

Como se muestra en la Fig. 4, también es posible invertir las aleaciones de modo que las primeras corrientes de aleación se alimenten a las cámaras de alimentación externas y una segunda corriente de aleación se alimente a la cámara de alimentación central.

La Figura 5 muestra varias disposiciones de cámaras más complejas en una vista en planta. En cada una de estas disposiciones se muestra una pared exterior 11 para el molde y las paredes divisorias interiores 14 que separan las cámaras individuales. Cada pared divisoria 14 entre cámaras adyacentes debe colocarse y controlarse térmicamente de manera que se mantengan las condiciones para la colada descritas en esta invención. Esto significa que las paredes divisorias pueden extenderse hacia abajo desde la entrada del molde y terminar en diferentes posiciones y pueden controlarse a diferentes temperaturas y los niveles de metal en cada cámara pueden controlarse a diferentes niveles de acuerdo con los requisitos de la práctica de colada .

Es ventajoso hacer que la pared divisoria 14 sea flexible o capaz de tener una curvatura variable en el plano del molde como se muestra en las Figuras 6 y 7. La curvatura normalmente se cambia entre la posición de inicio 14 y la posición de estado estable 14' para mantener una interfaz constante en toda la colada. Esto se logra por medio de un brazo 25 unido en un extremo a la parte superior de la pared divisoria 14 y accionado en una dirección horizontal por un actuador lineal 26. Si es necesario, el actuador está protegido por una pantalla térmica 42.

Las propiedades térmicas de las aleaciones varían considerablemente y la cantidad y el grado de variación de la curvatura se predeterminan en función de las aleaciones seleccionadas para las distintas capas del lingote. Generalmente, estas se determinan empíricamente como parte de una práctica de colada para un producto en particular.

Como se muestra en la Figura 8, la pared divisoria 14 también puede ser de sección decreciente 43 en la dirección vertical en la cara del metal 18. Este estrechamiento puede variar a lo largo de la longitud de la pared divisoria 14 para controlar más la forma de la interfaz entre la capa de aleación adyacente. El estrechamiento también se puede utilizar en la pared exterior 11 del molde. Este estrechamiento o forma puede establecerse utilizando principios, por ejemplo, como se describe en el documento U.S. 6.260.602 (Wagstaff) y, de nuevo, dependerá de las aleaciones seleccionadas para las capas adyacentes.

La pared divisoria 14 está fabricada de metal (acero o aluminio, por ejemplo) y puede fabricarse en parte de grafito, por ejemplo, utilizando un inserto de grafito 46 en la superficie de sección decreciente. También se pueden utilizar canales 48 y ranuras 47 de suministro de aceite para proporcionar lubricantes o sustancias de separación. Por supuesto, se pueden utilizar insertos y configuraciones de suministro de aceite en las paredes exteriores de una manera conocida en la técnica.

Particularmente preferida es la pared divisoria mostrada en la Figura 9. La pared divisora 14 se extiende sustancialmente paralela a la pared lateral de molde 11 a lo largo de una o ambas caras largas (de laminación) de un lingote de sección transversal rectangular. Cerca de los extremos de los lados largos del molde, la pared divisoria 14 tiene curvas de 90° 45 y termina en ubicaciones 50 en la pared lateral larga 11, en lugar de extenderse completamente hasta las paredes laterales cortas. El lingote de revestimiento colado con tal pared divisoria se puede laminar para mantener la forma del revestimiento a lo largo de la anchura de la lámina mejor que lo que se produce en los procedimientos de revestimiento por laminación más convencionales. El estrechamiento descrito en la Figura 8 también se puede aplicar a este diseño, donde, por ejemplo, se puede utilizar un alto grado de estrechamiento en la superficie curva 45 y un grado medio de estrechamiento en la sección recta 44.

La Figura 10 muestra un procedimiento para controlar el nivel de metal en un molde de colada que se puede utilizar en cualquier molde de colada, ya sea para colar o no lingotes en capas, pero es particularmente útil para controlar el nivel de metal en espacios reducidos como pueden encontrarse en algunas cámaras de metal en moldes para colar lingotes de múltiples capas. Un suministro de gas 51 (típicamente un cilindro de gas inerte) está unido a un controlador de flujo 52 que suministra un pequeño flujo de gas a un tubo de suministro de gas con un extremo abierto 53 que está posicionado en una ubicación de referencia 54 dentro del molde. El diámetro interior del tubo de suministro de gas en su salida es típicamente entre 3 y 5 mm. La ubicación de referencia se selecciona de manera que esté por debajo de la superficie superior del metal 55 durante una operación de colada, y esta ubicación de referencia puede variar dependiendo de los requisitos de la práctica de colada.

Un transductor de presión 56 está unido al tubo de suministro de gas en un punto entre el controlador de flujo y el extremo abierto para medir la contrapresión del gas en el tubo. Este transductor de presión 56 a su vez produce una señal que se puede comparar con una señal de referencia para controlar el flujo de metal que entra en la cámara por medios conocidos por los expertos en la materia. Por ejemplo, se puede utilizar un tapón refractario ajustable 57 en un tubo refractario 58 alimentado a su vez desde una cubeta de suministro de metal 59. En uso, el flujo de gas se ajusta a un nivel bajo justo lo suficiente para mantener abierto el extremo del tubo de suministro de gas. Se utiliza un trozo de fibra refractaria insertado en el extremo abierto del tubo de suministro de gas para amortiguar las fluctuaciones de presión causadas por la formación de burbujas. La presión medida determina entonces el grado de inmersión del extremo abierto del tubo de suministro de gas debajo de la superficie del metal en la cámara y, por lo tanto, el nivel de la superficie de metal con respecto a la ubicación de referencia y el caudal de metal en la cámara, por lo tanto, se controla para mantener la superficie de metal en una posición predeterminada con respecto a la ubicación de referencia.

El controlador de flujo y el transductor de presión son dispositivos que son dispositivos comúnmente disponibles. Sin embargo, se prefiere particularmente que el controlador de flujo sea capaz de un control de flujo fiable en el intervalo de 5 a 10 cc/minuto de flujo de gas. Un transductor de presión capaz de medir presiones de aproximadamente 0,1 psi (0,689 kPa) proporciona una buena medida de control de nivel de metal (dentro de 1 mm) en la presente descripción y la combinación proporciona buen control incluso en vista de ligeras fluctuaciones en las causas de la presión por el lento burbujeo a través del extremo abierto del tubo de suministro de gas.

La Figura 11 muestra una vista en perspectiva de una porción de la parte superior del molde descrito en esta invención. Se muestra un sistema de alimentación para una de las cámaras de metal, particularmente adecuado para alimentar metal en una cámara de alimentación estrecha que se puede utilizar para producir una superficie revestida en un lingote. En este sistema de alimentación, se proporciona un canal 60 adyacente a la cámara de alimentación que tiene varias bajantes pequeñas 61 conectadas a ella que terminan debajo de la superficie del metal. Bolsas de distribución 62 hechas de tela refractaria por medios conocidos en la técnica están instaladas alrededor de la salida de cada bajante 61 para mejorar la uniformidad de la distribución del metal y la temperatura. El canal, a su vez, se alimenta desde una cubeta 68 en la que una sola bajante 69 se extiende dentro del metal en el canal y en la que se inserta un tapón de control de flujo (no mostrado) de diseño convencional. El canal se coloca y nivela de modo que el metal fluya uniformemente a todas las ubicaciones.

La Figura 12 muestra otra disposición preferida de las paredes divisorias 14 para colar un lingote de sección transversal rectangular revestido por dos caras. Las paredes divisorias tienen una sección recta 44 sustancialmente paralela a la pared lateral de molde 11 a lo largo de una o ambas caras largas (de laminación) de un lingote de sección transversal rectangular. Sin embargo, en este caso, cada pared divisoria tiene porciones de extremo curvadas 49 que se cruzan con la pared de extremo más corta del molde en las ubicaciones 41. De nuevo, esto es útil para mantener la forma del revestimiento a lo largo de la anchura de la lámina que lo que se produce en los procedimientos de revestimiento por laminación más convencionales. Si bien se ilustra para revestimiento por dos caras, se puede utilizar de igual modo para revestimiento por una sola cara del lingote.

La Figura 13 es una microfotografía con un aumento de 15X que muestra la interfaz 80 entre una aleación de Al-Mn 81 (X-904 que contiene 0,74 % en peso de Mn, 0,55 % en peso de Mg, 0,3 % en peso de Cu, 0,17 % en peso, 0,07% en peso de Si y el resto Al e impurezas inevitables) y una aleación de Al-Si 82 (AA4147 que contiene 12 % en peso de Si, 0,19 % en peso de Mg y el resto Al e impurezas inevitables) coladas en las condiciones de la presente invención. La aleación de Al-Mn tenía una temperatura de solidus de 1190 °F (643 °C) y una temperatura de liquidus de 1215 °F (657 °C). La aleación de Al-Si tenía una temperatura de solidus de 1070 °F (576 °C) y una temperatura de liquidus de 1080 °F (582 °C). La aleación de Al-Si se alimentó en el molde de colada de modo que la superficie superior del metal se mantuvo de modo que entrara en contacto con la aleación de Al-Mn en una ubicación donde se ha establecido una superficie autoportante sobre la aleación de Al-Mn, pero su temperatura estaba entre las temperaturas de solidus y de liquidus de la aleación de Al-Mn.

En la muestra está presente una interfaz clara que indica que no hay mezcla general de aleaciones, pero además, partículas de compuestos intermetálicos que contienen Mn 85 son visibles en una banda de aproximadamente 200 |jm dentro de la aleación de Al-Si 82 adyacente a la interfaz 80 entre las aleaciones de Al-Mn y Al-Si. Los compuestos intermetálicos son principalmente MnAl6 y alfa-AlMn.

La Figura 14 es una microfotografía con un aumento de 200X que muestra la interfaz 80 de la misma combinación de aleación que en la Figura 13, donde no se permitió que la temperatura de la superficie propia cayera por debajo de la temperatura de solidus de la aleación de Al-Mn antes de que la aleación de Al-Si entrara en contacto con ella. Se observa un penacho o exudado 88 que se extiende desde la interfaz 80 hacia la aleación de Al-Si 82 desde la aleación de Al-Mn 81 y el penacho o exudado tiene una composición intermetálica que contiene Mn que es similar a las partículas de la Figura 13. Los penachos o exudados se extienden típicamente hasta 100 jm hacia el metal vecino. La unión resultante entre las aleaciones es una fuerte unión metalúrgica. Las partículas de compuestos intermetálicos que contienen Mn 85 también son visibles en esta microfotografía y tienen un tamaño típicamente de hasta 20 jm. La Figura 15 es una microfotografía (con un aumento de 300X) que muestra la interfaz entre una aleación de Al-Mn (AA3003) y una aleación de Al-Si (AA4147) pero donde la superficie autoportante de Al-Mn se enfrió más que aproximadamente 5 °C por debajo de la temperatura de solidus de la aleación de Al-Mn, momento en el que la superficie superior de la aleación de Al-Si entró en contacto con la superficie autoportante de la aleación de Al-Mn. La línea de unión 90 entre las aleaciones es claramente visible, lo que indica que de ese modo se formó una unión metalúrgica deficiente. También hay ausencia de exudados o composiciones intermetálicas dispersas de la primera aleación en la segunda aleación.

Se colaron una variedad de combinaciones de aleaciones de acuerdo con el procedimiento descrito en esta invención. Las condiciones se ajustaron de modo que la temperatura de la superficie de la primera aleación estuviera entre su temperatura de solidus y de liquidus en la superficie superior de la segunda aleación. En todos los casos, las aleaciones se colaron en lingotes de 690 mm x 1590 mm y 3 metros de largo y a continuación se procesaron mediante precalentamiento convencional, laminación en caliente y laminación en frío. Las combinaciones de aleación coladas se dan en la Tabla 1 a continuación. Utilizando terminología convencional, el "núcleo" es la capa de soporte más gruesa en un compuesto de dos aleaciones y el "revestimiento" es la capa funcional superficial. En la tabla, la primera aleación es la primera aleación colada y la segunda aleación es la aleación que se pone en contacto con la superficie autoportante de la primera aleación.

TABLA 1

En cada uno de estos ejemplos, el revestimiento fue la primera aleación en solidificar y la aleación de núcleo se aplicó a la aleación de revestimiento en un punto donde se había formado una superficie autoportante, pero donde la temperatura de la superficie todavía estaba dentro del intervalo L-S dado arriba. Esto se puede comparar con el ejemplo anterior para la lámina de soldadura fuerte donde la aleación de revestimiento tenía un intervalo de fusión más bajo que la aleación de núcleo, en cuyo caso la aleación de revestimiento (la "segunda aleación") se aplicó a la superficie autoportante de la aleación de núcleo (la "primera aleación"). Se tomaron micrografías de la interfaz entre el revestimiento y el núcleo en las cuatro coladas anteriores. Las micrografías se tomaron con un aumento de 50X. En cada imagen, la capa de "revestimiento" aparece a la izquierda y la capa de "núcleo" a la derecha.

La Figura 16 muestra la interfaz de la Colada#051804 entre la aleación de revestimiento 0303 y la aleación de núcleo 3104. La interfaz es clara desde el cambio en la estructura de grano al pasar del material de revestimiento a la capa de núcleo relativamente más aleada

La Figura 17 muestra la interfaz de la Colada#030826 entre la aleación de revestimiento 1200 y la aleación de núcleo 2124. La interfaz entre las capas se muestra mediante la línea de puntos 94 en la Figura. En esta figura, la presencia de componentes de aleación de la aleación 2124 está presente en los límites de grano de la aleación 1200 a una corta distancia de la interfaz. Estos aparecen como "dedos" espaciados de material en la Figura, uno de los cuales está ilustrado por el número 95.' Puede verse que los componentes de la aleación 2124 se extienden a una distancia de aproximadamente 50 pm, que corresponde típicamente a un solo grano de la aleación 1200 en estas condiciones. La Figura 18 muestra la interfaz de la Colada #031013 entre la aleación de revestimiento 0505 y la aleación de núcleo 6082 y la Figura 19 muestra la interfaz de la Colada #030827 entre la aleación de revestimiento 1050 y la aleación de núcleo 6111. En cada una de estas Figuras, la presencia de componentes de aleación de la aleación de núcleo se hace visible en los límites de grano de la aleación de revestimiento inmediatamente adyacente a la interfaz.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Un lingote de metal compuesto, que comprende al menos dos capas de diferente composición de aleación, donde se forman pares de capas adyacentes que consisten en una primera aleación y una segunda aleación por contacto de la segunda aleación con la superficie autoportante de la primera aleación, de modo que cuando la segunda aleación entra en contacto primero con la superficie autoportante de la primera aleación, la superficie autoportante de la primera aleación está a una temperatura entre su temperatura de liquidus y de solidus y la temperatura de la segunda aleación está por encima de su temperatura de liquidus, donde los componentes de aleación de la segunda aleación están presentes entre los límites de grano de la primera aleación durante una distancia de 50 |jm desde la interfaz entre las capas.

2. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 1, donde la sección transversal del lingote es rectangular y consiste en una capa de núcleo de la primera aleación y al menos una capa superficial de la segunda aleación en el lado largo de la rectangular.

3. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 2, donde la primera aleación es una aleación de aluminio-manganeso y la segunda aleación es una aleación de aluminio-silicio.

4. Un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío según la reivindicación 3.

5. Un producto de lámina compuesta según la reivindicación 4, donde el producto de lámina comprende una lámina de soldadura fuerte.

6. Una estructura soldada que incorpora un producto de lámina compuesta según la reivindicación 5 que utiliza un procedimiento de soldadura fuerte basado en fundente o sin fundente.

7. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 2, donde la primera aleación es una aleación de chatarra de aluminio y la segunda aleación es una aleación de aluminio que tiene una conductividad térmica superior a 190 W/m/K y un intervalo de solidificación inferior a 50 °C.

8. Un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío según la reivindicación 7.

9. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 2, donde la primera aleación es una aleación de aluminio-magnesio y la segunda aleación es una aleación de aluminio-silicio.

10. Un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío según la reivindicación 9.

11. Un producto de lámina compuesta según la reivindicación 10, donde el producto de lámina comprende un miembro estructural de automóvil soldable.

12. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 2, donde la primera aleación es una aleación de aluminio termotratable de alta resistencia y la segunda aleación es una aleación de aluminio que tiene una conductividad térmica superior a 190 W/m/K y un intervalo de solidificación inferior a 50 °C.

13. Un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío según la reivindicación 12.

14. Un producto de lámina compuesta según la reivindicación 13, donde el producto de lámina comprende una lámina de aeronave resistente a la corrosión.

15. Un lingote de metal compuesto según la reivindicación 2, donde la primera aleación es una aleación de aluminio-magnesio-silicio y la segunda aleación es una aleación de aluminio que tiene una conductividad térmica superior a 190 W/m/K y un intervalo de solidificación inferior a 50 °C.

16. Un producto de lámina compuesta que comprende un lingote de metal compuesto laminado en caliente y en frío según la reivindicación 15.

17. Un producto de lámina compuesta según la reivindicación 16, donde el producto de lámina comprende un panel de cierre de automóvil.