Ｌ、Ｒ、Ｃ法以图１所示的ｔ↓［ｂ］＝－１９０℃、ｐ↓［ｂ］＝１ｂａｒ恒温、恒压工作室８和ｔ＝－１９０℃、ｐ＝１．８７７ｂａｒ喷射液氮作冷源。液氮喷射器５将不同的液氮喷射量Ｖ以不同的喷射速度Ｋ喷向黑色或有色金属型材７并在图２截面Ｃ相交。采用液氮喷射层厚度ｈ＝２ｍｍ固定不变Ｋ↓［ｍａｘ］＝３０ｍ／ｓ的高喷速、极簿液膜喷射技术。在与不同冷却速率Ｖ↓［ｋ］相对应的△τ时间间隔内，导向牵引机构６以不同的连铸速度ｕ，自热铸型４出口牵引出不同的△ｍ金属长度段。在喷射液氮吸热气化作用下，△ｍ的液态金属快速凝固、冷却成非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织。重复上述过程可铸出黑色、有色的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材。在阐明Ｌ、Ｒ、Ｃ法传热理论基础上提供了各生产参数的计算方法、公式和计算程式。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术的
主要是黑色、有色金属快速凝固获得非晶、微晶、细晶金属组织的技术，低温工作室技术和低温液氮高喷射速度、极薄液膜喷射技术，连续铸造技术。
技术介绍
非晶态金属的强度比一般金属都高，比金属晶须的强度略低。直径为1.6μm的铁晶须抗拉强度达13400MPa，是工业应用退火纯铁的40多倍。目前非晶态金属强度最高的是Fe80B20，达到3630MPa。非晶态金属在高强度的同时有较高韧性，还可以获得特殊的物理性能，如超导特性、抗化学腐蚀性等。但是非晶态金属的杨氏模量和剪切模量一般比晶态金属约低30％～40％，泊松比v一般较高，约0.4。非晶态金属的强度有强烈的温度依赖性，在非晶转变温度Tg附近有明显的软化现象。喷洒液态Al-Cu合金到强冷金属基上，冷却速率达到106℃/S，凝固后得到小于1μm的晶粒，比一般铸造方法得到的强度高6倍以上。细晶晶粒在1～10μm范围内，显微结构十分精细，金属机械性能大为改善。、、显然，使用快速凝固方法生产非晶、微晶、细晶的不同牌号的钢和有色金属型材，对于民用、军事、航天工业均有极其重大的意义。但是，目前在世界范围内还没有任何钢铁或有色金属联合企业能够做到这一点。做成这种状况主要原因如下1冷源不够强大，冷源工作介质通常是空气和水，工作温度一般是大气环境温度。2连续铸造、定向凝固等铸造方法，只控制液态金属温度在通过液-固区快速下降，凝固以后就改用低速冷却。造成凝固后金属温度很高，随着铸出尺寸增大，导热热阻增大，热量导出困难，快速凝固无法继续进行。
技术实现思路
本专利技术的名称是L、R、C法及设备铸造非晶、超微晶、微晶等金属型材。L——代表低温。L是Low temperature第一个大写字母；R——代表快速凝固。R是rapid solidification第一个大写字母；C——代表连续铸造。C是continoues foundry第一个大写字母。设备是连铸机及其系统。L、R、C法及连铸机系统的产品是非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材。也就是使用低温、快速凝固和连续铸造的方法及其连铸机系统来生产不同牌号、不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶钢和有色金属的型材。形成非晶、微晶、细晶金属组织的临界冷却速率Vk取决于金属的种类和成分。据相关文献报道，一般认为当液态金属以冷却速率VK≥107℃/S进行凝固、冷却时，凝固后得到非晶态金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L＝0；当液态金属以冷却速率VK由大于104℃/S到106℃/S范围内进行凝固、冷却时，凝固后得到微晶组织金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L≠0；当液态金属以冷却速率VK＝104℃/S进行凝固、冷却时，凝固后得到细晶组织金属。液态金属凝固过程中释出的潜热L≠0。为了分析问题简便，金属种类和成分确定以后，可以按照获得非晶、微晶、细晶组织金属的冷却速率VK范围进行生产参数计算，在进行生产实验以后，再根据试验结果进行修正。当液态金属分别以冷却速率VK＝107℃/S和冷却速率VK＝106℃/S进行凝固、冷却时，凝固后分别得到非晶态金属和微晶组织金属。如果液态金属以冷却速率VK＝106℃/S～107℃/S范围内的任一个冷却速率VK进行凝固、冷却时，凝固后可能得到介于非晶和微晶组织之间的，专利技术人暂时称之为超微晶的金属组织。予计它们的抗拉强度会高于微晶金属组织，而且随着冷却速率VK的提高而接近非晶金属。在杨氏模量和剪切模量以及泊松比v方面则会接近微晶金属。而且它们的强度不存在温度依赖性。可以予见，超微晶金属型材将是一种较理想的新型金属型材，本专利技术将予以充分的重视和试验、研究，开发出新的产品。L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材原理如下为阐述方便，以金属板材为研究具体实例，按照生产钢、有色金属等不同金属种类、不同板材规格以及获得非晶、超微晶、微晶、细晶不同金属组织的要求，本专利技术提供完整的计算方法、计算公式和计算程式去确定各种重要的生产参数以及使用这些参数设计、制造连铸机系统并进行生产非晶、超微晶、微晶、细晶各种金属种类和不同规格的板材产品。使用L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材时、只要将图1、图2中的热铸型4出口的断面形状和尺寸造成与要求生产的型材一致，就能够生产出相应的金属型材。生产参数的制定可以参照板材的计算方法、计算公式和计算程式进行。图1为L、R、C法及其连铸机系统铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材工作原理图。低温、低压的密封工作室8的体积大小，根据生产金属型材的规格及室内设备、装置而定。开动三元复叠制冷循环低温制冷机构使室温下降到-140℃，再使用液氮喷射器5以外的其他液氮喷射装置(图1未表示)，喷入适量的液氮，使室内工作温度达到并保持温度t＝-190℃，压力p略大于1bar。热铸型4出口处的断面形状及尺寸大小由需要生产的金属型材的断面决定。液态金属由浇包回转台1中的浇包定量地、连续地注入中间包2内。液态金属3按图示的液面水平保持恒定。图2为液态金属在热铸型出口处快速凝固、冷却过程原理图。图中电加热器9通电对热铸型4加热，使与液态金属接触的热铸型内表面温度略高于液态金属的液相线温度，液态金属不会在热铸型内表面凝固。当开始使用L、R、C法连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材时，首先开动液氮喷射器5向温度为-190℃的牵引杆(金属板材)7连续、定量地喷射液氮。从图2可见喷射液氮与金属板材交接点就设置在热铸型出口的C截面处。紧接着开动图1所示的导向牵引机构6，驱动牵引杆(金属板材)7以连续铸造速度u向图示左方作牵引运动。在Δτ时间间隔内牵引出Δm长度段的极薄金属片。为了连续铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材，在Δm长度段内包含的液态金属由温度t1开始凝固、冷却到终止温度t2的整个过程中始终采用同一个冷却速率VK。VK值相应于非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织分别为107℃/s、106℃/s～107℃/s、104℃/s～106℃/s、104℃/s。其中t1——液态金属凝固初始温度， ℃；t2——冷却终止温度， ℃，t2＝-190℃。对应于上述不同的冷却速率VK，Δm长度段所包含的液态金属，从t1开始快速凝固、冷却到t2所需要的时间间隔Δτ可以由以下公式求取。Δτ=ΔtVKs---(1)]]> 式中Δt＝t1-t2。各符号意义前面已陈述。对于0.23C低碳钢，t1＝1550℃，t2＝-190℃。连铸非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织需要的快速凝固、冷却的时间间隔Δτ计算结果列于表1。表1各种金属组织快速凝固需要的Δτ 如果牵引出的Δm长度段所需要的Δτ时间间隔就是Δm长度段的液态金属快速凝固、冷却形成非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织所需要的时间间隔Δτ并且在这同一的Δτ时间间隔内喷射出的液氮量通过气化吸热的方式，将Δm长度段的液态金属由开始凝固温度t1凝固、冷却到终止温度t2所包含的内热能全部取走，Δm长度段的液态金属就能够快速凝固、冷却形成非晶、超微晶、微晶、细晶组织的金属薄片。在图2所示的Δm长度段中，a面右侧为液态金属，b-c为刚离开热铸型出口已完全凝固、冷却的金属段。从表1可以看出，获得本文档来自技高网...
【技术保护点】
Ｌ、Ｒ、Ｃ法是使用图１、图２所示的温度ｔ↓［ｂ］＝－１９０℃、压力ｐ↓［ｂ］＝１ｂａｒ的恒温、恒压低温工作室８和温度ｔ＝－１９０℃、压力ｐ＝１．８７７ｂａｒ的低温工作介质液氮作为强大的工作冷源。液氮喷射器５将不同的液氮喷射量Ｖ以不同的液氮喷射速度Ｋ和固定不变的液氮喷射层厚度ｈ＝２ｍｍ的液氮向不同牌号的金属板材７喷出。导向牵引机构６以连续铸造速度ｕ牵引金属板材７离开宽度为Ｂ、厚度为Ｅ的热铸型４的矩形断面出口，在△τ时间间隔内牵引出△ｍ极薄金属长度段。喷射液氮与金属板材表面在图２所示的Ｃ截面相交，通过喷射液氮以气化吸热方式将△ｍ长度段液态金属包含的内热能快速地全部取走。使△ｍ长度段的液态金属以不同的冷却速率Ｖ↓［ｋ］由开始凝固温度ｔ↓［１］快速凝固、冷却到终止温度ｔ↓［２］＝－１９０℃，从而得到与冷却速率Ｖ↓［ｋ］相应的非晶、超微晶、微晶、细晶金属组织。导向牵引机构６继续牵引△ｍ金属长度段离开热铸型４出口，液氮喷射器５继续将厚度ｈ＝２ｍｍ的液氮喷向△ｍ金属长度段，使△ｍ长度段包含的液态金属以不同的冷却速率Ｖ↓［ｋ］继续快速凝固、冷却。不断重复上述过程就可以铸造出不同牌号、不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶金属板材。 只要将图１、图２所示的热铸型４出口断面的形状和尺寸造成与要求生产的金属型材断面形状和尺寸一致，就能连铸出各种钢和铝、铜、钛等黑色和有色金属的不同金属牌号和不同规格的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型材。 根据上述原理，Ｌ、Ｒ、Ｃ法铸造非晶、超微晶、微晶、细晶金属型（板）材的特征是： １．１确定只与金属热物性及金属组织有关的生产参数计算公式：冷却速率Ｖ↓［ｋ］、快速凝固、冷却时间间隔△τ、△τ时间间隔内连续铸造的金属长度段△ｍ、连续铸造速度ｕ。 １．２确定采用高喷射速度、极薄液膜和均相气化喷射技术并与液氮热物性和只与金属型（板）材包含的热量有关的液氮喷射参数计算公式：液氮喷射量Ｖ、液氮喷射层厚度ｈ、液氮喷射速度Ｋ、液氮喷射量Ｖ气化为氮气后所占体积Ｖ↓［ｇ］。 １．３确定Ｌ、Ｒ、Ｃ法铸造最大厚度Ｅｍａｘ和其他厚度Ｅ的非晶、超微晶、微晶、细晶金属型（板）材生产参数的计算程式。并以０．２３Ｃ钢板和铝板作实例，说明该计算程式在黑色和有色金属中的实际应用。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：明柱文，罗惠容，
申请(专利权)人：明柱文，罗惠容，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。