具有直接振动耦合的晶粒细化制造技术

一种熔融金属输送机，其具有接收板，所述接收板在熔融金属的运输过程中与熔融金属接触。所述接收板从熔融金属进入到所述接收板上之处的入口延伸至熔融金属离开所述接收板之处的出口。熔融金属输送机具有至少一个振动能量源，其将振动能量直接供应至与熔融金属接触的所述接收板。一种对应的用于形成金属产品的方法，包括：将熔融金属提供至熔融输送机上；通过控制冷却介质而冷却熔融金属，所述冷却介质流动经过所述输送机中的或附接至所述输送机的冷却通路；并且将振动能量直接耦合至与输送机上的熔融金属接触的接收板中。

Grain refinement with direct vibration coupling

A molten metal conveyor has a receiving plate which contacts the molten metal during the transportation of the molten metal. The receiving plate extends from an inlet where the molten metal enters the receiving plate to an outlet where the molten metal leaves the receiving plate. The molten metal conveyor has at least one vibration energy source which supplies the vibration energy directly to the receiving plate in contact with the molten metal. A corresponding method for forming a metal product includes: providing molten metal to a melt conveyor; cooling molten metal by controlling a cooling medium flowing through a cooling path in or attached to the conveyor; and directly coupling vibration energy to a receiving plate in contact with the molten metal on the conveyor.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有直接振动耦合的晶粒细化相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月8日提交的名称为“具有直接振动耦合的晶粒细化”的美国序列号62/468,709(其全部内容在此通过引用并入本文)的优先权。本申请涉及2016年8月9日提交的题为“用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气程序和系统(ULTRASONICGRAINREFININGANDDEGASSINGPROCEDURESANDSYSTEMSFORMETALCASTING)”的美国序列号62/372,592(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2016年2月15日提交的题为“用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气(ULTRASONICGRAINREFININGANDDEGASSINGFORMETALCASTING)”的美国序列号62/295,333(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2015年12月15日提交的题为“熔融金属的超声晶粒细化和脱气(ULTRASONICGRAINREFININGANDDEGASSINGOFMOLTENMETAL)”的美国序列号62/267,507(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2015年2月9日提交的题为“超声晶粒细化(ULTRASONICGRAINREFINING)”的美国序列号62/113,882(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2015年9月10日提交的题为“连续铸造带上的超声晶粒细化(ULTRASONICGRAINREFININGONACONTINUOUSCASTINGBELT)”的美国序列号62/216,842(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2016年9月9日提交的题为“用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气程序和系统(ULTRASONICGRAINREFININGANDDEGASSINGPROCEDURESANDSYSTEMSFORMETALCASTING)”的PCT/2016/050978(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2016年10月28日提交的题为“用于金属铸造的超声晶粒细化和脱气程序和系统(ULTRASONICGRAINREFININGANDDEGASSINGPROCEDURESANDSYSTEMSFORMETALCASTING)”的美国序列号15/337,645(其全部内容通过引用并入本文)。本申请涉及2017年2月17日提交的名称为“用于金属铸造的包括增强振动耦合的超声晶粒细化和除气的过程和系统”的美国序列号62/460,287(其全部内容在此通过引用并入本文)。
本专利技术涉及一种产生具有受控晶粒尺寸的金属铸件的方法、一种用于产生该金属铸件的系统、以及由该金属铸件获得的产品。
技术介绍
在冶金领域已经花费了相当大的努力来开发将熔融金属铸造成连续金属杆或铸造产品的技术。批量铸造和连续铸造两者都良好发展。尽管连续铸造和批量铸件都在工业中得到突出使用，但连续铸造比批量铸件有许多优点。在金属铸造的连续产生中，熔融金属从保温炉进入一系列流槽并进入铸造轮的模具中，在该模具中将熔融金属铸造成金属棒。将凝固的金属棒从铸造轮中移除并引导到辊轧机，在辊轧机中将金属棒辊轧成连续的杆。取决于金属杆产品和合金的预期最终用途，杆可以在辊轧期间经受冷却，或者杆可以在从辊轧机退出后立即冷却或淬火，以赋予其期望机械和物理性能。诸如Cofer等人的美国专利号3,395,560(其全部内容通过引用并入本文)中所述的那些技术已用于连续加工金属杆或棒产品。Sperry等人的美国专利号3,938,991(其全部内容通过引用并入本文)表明，铸造“纯”金属产品存在长期公认的问题。对于“纯”金属铸件，该术语是指金属或金属合金，该金属合金由设计用于特定的电导率或拉伸强度或延展性的主要金属元素形成，而不包括为了晶粒控制而添加的单独杂质。晶粒细化是通过化学或物理/机械方式降低新形成的相的晶体尺寸的工艺。通常将晶粒细化剂添加到熔融金属中以在凝固工艺或液相到固相转变工艺期间显着减小凝固结构的晶粒尺寸。实际上，Boily等人的WIPO专利申请WO/2003/033750(其全部内容通过引用并入本文)描述了“晶粒细化剂”的具体用途。‘750申请在其背景部分中描述，在铝工业中，通常将不同的晶粒细化剂掺入铝中以形成中间合金。用于铝铸件的典型中间合金包括1％至10％的钛和0.1％至5％的硼或碳，余量基本上由铝或镁组成，TiB2或TiC的颗粒分散在整个铝基质中。根据‘750申请，含有钛和硼的中间合金可以通过将所需量的钛和硼溶解在铝熔体中来产生。这是通过使熔融铝与KBF4和K2TiF6在超过800℃的温度下反应来实现的。这些复杂的卤化盐与熔融铝快速反应，并为熔体提供钛和硼。‘750申请还描述了，截至2002年，几乎所有的晶粒细化剂制造公司使用这种技术来产生商业中间合金。目前仍在使用经常被称为成核试剂的晶粒细化剂。例如，TIBOR中间合金的商业供应商描述了铸造结构的紧密控制是产生高质量铝合金产品的主要要求。在本专利技术之前，晶粒细化剂被认为是提供精细和均匀的铸态晶粒结构的最有效方式。以下参考文献(其全部内容通过引用并入本文)提供了该背景工作的细节：Abramov,O.V.,(1998)“高强度超声”，Gordon和Breach科学出版社，荷兰阿姆斯特丹，第523-522页。(Abramov,O.V.,(1998),“High-IntensityUltrasonics,”GordonandBreachSciencePublishers,Amsterdam,TheNetherlands,pp.523-552.)Alcoa,(2000),“铝的晶粒细化新工艺”，能源部项目最终报告，合同编号DE-FC07-98ID13665，2000年9月22日。(Alcoa,(2000),“NewProcessforGrainRefinementofAluminum,”DOEProjectFinalReport,ContractNo.DE-FC07-98ID13665,September22,2000.)Cui,Y.,Xu,C.L.和Han,Q.,(2007)，“使用超声振动、先进的工程材料的焊接金属的微观结构改善”第9卷第3期，第161-163页(Cui,Y.,Xu,C.L.andHan,Q.,(2007),“MicrostructureImprovementinWeldMetalUsingUltrasonicVibrations,AdvancedEngineeringMaterials,”v.9,No.3,pp.161-163.)Eskin,G.I.,(1998),“轻合金熔体的超声处理”，Gordon和Breach科学出版社，荷兰阿姆斯特丹(Eskin,G.I.,(1998),“UltrasonicTreatmentofLightAlloyMelts,”GordonandBreachSciencePublishers,Amsterdam,TheNetherlands.)Eskin,G.I.(20本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔融金属输送机，包括：/n接收板，其在熔融金属的运输过程中与熔融金属接触；/n所述接收板从熔融金属进入到所述接收板上之处的入口延伸至熔融金属离开所述接收板之处的出口；/n至少一个振动能量源，其将振动能量直接供应至与熔融金属接触的所述接收板。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170308 US 62/468,7091.一种熔融金属输送机，包括：
接收板，其在熔融金属的运输过程中与熔融金属接触；
所述接收板从熔融金属进入到所述接收板上之处的入口延伸至熔融金属离开所述接收板之处的出口；
至少一个振动能量源，其将振动能量直接供应至与熔融金属接触的所述接收板。


2.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板包括：用于冷却介质通行的冷却通道。


3.根据权利要求2所述的输送机，其中，所述冷却介质包括以下中的至少一种：水、气体、液态金属、液氮和引擎油。


4.根据权利要求2所述的输送机，其中，所述冷却通道在所述接收板内，或者所述冷却通道包括附接至所述接收板的导管。


5.根据权利要求1所述的输送机，进一步包括：鼓风机，其提供气流以冷却所述接收板。


6.根据权利要求1所述的输送机，进一步包括：组件，其相对于铸造机的铸造轮或相对于将熔融金属供应至模具的中间包安装所述接收板。


7.根据权利要求1所述的输送机，其中，至少一个振动能量源包括：将振动能量直接提供至与熔融金属接触的所述接收板的超声换能器、磁致伸缩换能器和机械驱动振动器中的至少一个。


8.根据权利要求1所述的输送机，其中，提供至所述接收板的所述振动能量在高至400kHz的频率范围内。


9.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板具有以下中的至少一种：平滑完成面、抛光完成面、粗糙完成面、隆起完成面、纹理完成面和锯齿完成面。


10.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板包括以下中的至少一种或多种：铌、铌合金、钛、钛合金、钽、钽合金、铜、铜合金、铼、铼合金、钢、钼、钼合金、不锈钢、陶瓷、复合材料或金属。


11.根据权利要求10所述的输送机，其中，所述陶瓷包括氮化硅陶瓷。


12.根据权利要求11所述的输送机，其中，所述氮化硅陶瓷包括氮化硅铝。


13.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述至少一个振动能量源包括：多个换能器，其按照有序样式布置在所述接收板上。


14.根据权利要求13所述的输送机，其中，所述接收板上的所述有序样式在所述接收板的一侧具有较高密度的所述换能器。


15.根据权利要求14所述的输送机，其中，在所述接收板的一侧的所述较高密度的所述换能器处于熔融金属出口侧。


16.根据权利要求14所述的输送机，其中，在所述接收板的一侧的所述较高密度的所述换能器处于熔融金属入口侧。


17.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述至少一个振动能量源包括：压电换能器元件，其附接至所述接收板。


18.根据权利要求17所述的输送机，超声增强器，其联接于附接至所述接收板的所述压电换能器元件。


19.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述至少一个振动能量源包括：磁致伸缩换能器元件，其附接至所述接收板。


20.根据权利要求1所述的输送机，进一步包括：超声除气器，其插入熔融金属流动通道中。


21.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板具有的厚度小于10cm。


22.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板具有的厚度为0.5cm～5cm或1cm～3cm。


23.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板具有的厚度为1.5cm～2cm。


24.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板在不同区部具有不同厚度。


25.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板设置在铸造轮上方并且将所述熔融金属提供至所述铸造轮中的料槽。


26.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板附接至竖直模具并且将所述熔融金属提供至所述竖直模具的内部。


27.根据权利要求1所述的输送机，其中，所述接收板包括的横向宽度小于或等于纵向长度，或者所述横向宽度小于或等于所述纵向长度的1/2；或者所述横向宽度小于或等于所述纵向长度的1/3。

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【专利技术属性】
技术研发人员：K·S·吉尔，M·C·鲍威尔，V·F·伦德奎斯特，V·K·曼奇拉朱，R·E·古菲，
申请(专利权)人：南线有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US