用于连续铸造产品的微结构细化的超声处理制造技术

本文描述了用于通过在铸造区域的下游位置处向连续铸造金属产品施加超声能量并允许所述超声能量通过所述金属产品传播到凝固区域来改善金属产品的晶粒结构的技术。在所述凝固区域处，所述超声能量可与生长的金属晶粒相互作用，以解聚并分散成核颗粒，并且在枝晶生长时破坏和破碎枝晶，这可促进额外的成核并导致晶粒尺寸更小。致晶粒尺寸更小。致晶粒尺寸更小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于连续铸造产品的微结构细化的超声处理
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年2月14日提交的美国临时申请号62/977,067的权益和优先权，所述临时申请据此以引用方式全文并入。


[0003]本公开总体上涉及冶金学，并且更具体地涉及用于使用超声处理控制连续铸造产品的微结构的技术。

技术介绍

[0004]可向金属产品施加超声能量，以改变结构和机械特性。例如，可使用超声冲击处理来诸如在焊接接头处或其附近强化金属产品，特别是那些可能因暴露于高温而强度降低的金属产品。例如，通过在超声频率下使用机械冲击处理，将金属产品或接头置于超声能量下，可控制材料内的残余应力，以增强机械性能、强度、抗疲劳性和抗腐蚀性。在铸造金属产品时，也可使用超声处理来细化凝固期间的微结构。

技术实现思路

[0005]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。包含这些术语的陈述不应被理解为限制本文描述的主题，或限制所附权利要求的含义或范围。由本文覆盖的本公开的实施方案由所附权利要求而非本
技术实现思路
限定。本
技术实现思路
是本公开的各方面的高度概述，并介绍了一些概念，这些概念在下面的具体实施方式部分中进一步描述。本
技术实现思路
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。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，应当理解本主题。
[0006]通过将超声空化引入凝固熔体中，可通过润湿、解聚和分散成核颗粒以及枝晶破碎激活基材来实现晶粒细化。对于具有大直径开顶坯或锭的铸造技术，如直接冷(DC)铸，可通过将超声换能器或超声处理极(sonotrode)直接插入熔融金属中来施加超声能量。
[0007]然而，这种配置可能会出现一些缺点。例如，超声处理极或超声换能器必须由能够承受高温的材料制成，也必须由惰性材料制成，以限制超声处理极或超声换能器的破坏和熔融金属的污染。所使用的示例惰性材料可包括铌、钨、赛隆、石墨等。虽然这些材料在某些金属(例如，钢)中可能是惰性的，但它们不一定在所有熔融金属中都是惰性的。此外，这些材料在置于熔融金属中时仍可能受到侵蚀。例如，惰性材料可能会以1
‑
10μm/小时的速度侵蚀。此类侵蚀速率可能使超声能量难以有效地耦合到铸造材料内的期望位置。例如，超声处理极或超声换能器可能需要定位在某个位置，并使用将超声波的最大值或节点定位在铸造金属内的凝固区域的超声频率，并考虑到超声处理极或超声换能器的热膨胀。此外，由于惰性材料随时间侵蚀，因此最佳频率或位置可能会随时间变化。此外，由于侵蚀，可能需要更换超声处理极或超声换能器，这通常伴随着巨大的运营成本和复杂性，包括停机时间和与
拆卸和更换相关联的成本。
[0008]对于向连续铸造机(如双辊式铸造机、块式铸造机和带式铸造机)施加超声能量，由于用于将熔融金属输送到连续铸造区域中的流槽、中间包和鼻尖的规格较窄，可能会限制接触熔融金属进入连续铸造区域。因此，在连续铸造系统中，将超声处理极或超声换能器直接置于熔融金属中可能很困难或不切实际。这种配置也没有克服上述与材料和侵蚀有关的缺点。
[0009]将超声处理极或超声换能器置于与流槽、中间包或鼻尖接触但不直接位于熔融金属内可能有用，尽管超声能量从流槽、中间包或鼻尖通过熔融金属耦合到凝固区域可能效率很低。此外，根据所使用的过程或装备，对这种配置的访问仍然可能受到限制。
[0010]在连续铸造系统中，可将铸造板坯送入连续铸造机下游的一对夹送辊，以便提供负张力，从而解决送料或撕裂不当的问题。在夹送辊处，可直接向铸造板坯施加压力，从而提供将超声能量耦合到铸造板坯中的机会。由于夹送辊施加的压力，从夹送辊到铸造板坯的超声能量传输非常有效，允许超声能量传输到凝固区域，在所述凝固区域，超声能量有助于晶粒细化。
[0011]向凝固区域提供超声能量的另一种方法可以是例如通过产生由金属与外部施加的磁场和电场相互作用而产生的磁流体动力，直接在凝固区域的铸造金属或熔融金属内产生力。在一个示例中，可使用静态磁场源(例如，永磁体或电磁体)和可变电场源(例如，交流(AC)电压源)来产生磁流体动力。在另一示例中，可使用可变磁场源(例如，由可变电流驱动的电磁体)和静电场源(例如，直流(DC)电压源)来产生磁流体动力。
[0012]本专利技术的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明显。
附图说明
[0013]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。
[0014]图1是其中向铸造金属板坯施加超声能量的示例连续铸造工艺的示意图。
[0015]图2是示出连续铸造工艺中的凝固区域的展开视图的示意图。
[0016]图3是其中向铸造金属板坯施加超声频率机械振动的示例连续铸造工艺的示意图。
[0017]图4是其中向铸造金属板坯施加超声频率磁流体动力的示例连续铸造工艺的示意图。
具体实施方式
[0018]本文描述了用于通过在铸造区域的下游位置处向连续铸造金属产品施加超声能量并允许超声能量通过金属板坯传播到凝固区域来改善金属产品的晶粒结构的技术。在凝固区域处，超声能量可与生长的金属晶粒相互作用，以解聚并分散成核颗粒，并且在枝晶生长时破坏和破碎枝晶，这可促进额外的成核并导致晶粒尺寸更小。
[0019]定义和描述：
[0020]如本文所使用，术语“专利技术”、“该专利技术”、“此专利技术”和“本专利技术”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。
[0021]在本说明书中，可参考由AA编号和其他相关名称标识的合金，诸如“系列”或“7xxx”。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“锻造铝和锻造铝合金的国际合金名称和化学成分限值”或“铸件和铸锭形式铝合金的合金名称和化学成分限值铝协会注册记录”。
[0022]如本文所用，诸如“铸造金属产品”、“铸造产品”、“铸造合金产品”的术语是可互换的，并且是指通过直接冷铸(包括直接冷共造)或半连续铸造、连续铸造(包括例如通过使用双带式铸造机、双辊式铸造机、块式铸造机或任何其他连续铸造机)、电磁铸造、热顶铸造或任何其他铸造方法生产的产品。
[0023]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，指定范围的“1至10”应被视为包括最小值1与最大值10之间(并且包括1和10)的任何和所有子范围；即，所有子范围均以最小值1或更大开始(如1至6.1)，并且以最大值10或更小结束(如5.5至10)。
[0024]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。
[0025]金属制品的生产方法
[0026]图1示出了示例连续铸造系统100的示意图。在此，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造金属产品的方法，其包括：在连续铸造机中连续铸造熔融金属以形成铸造产品；在所述连续铸造机下游的位置处向所述铸造产品施加超声频率能量，其中所述超声频率能量通过所述铸造产品传播到所述连续铸造机内的所述铸造产品的凝固区域。2.如权利要求1所述的方法，其中所述超声频率能量对应于由耦合到位于所述连续铸造机下游的所述位置处的夹送辊的超声处理极或超声换能器生成的超声纵波。3.如权利要求1所述的方法，其中所述超声频率能量对应于由机械或机电致动器生成并由位于所述连续铸造机下游的所述位置处的夹送辊施加的超声横波。4.如权利要求1所述的方法，其中所述超声频率能量对应于使用静磁场和超声频率电场生成的超声频率磁流体动力。5.如权利要求4所述的方法，其中所述超声频率电场是使用交流电压源生成的。6.如权利要求4所述的方法，其中所述静磁场是使用永磁体或电磁体生成的。7.如权利要求1所述的方法，其中所述超声频率能量对应于使用超声频率磁场和静电场生成的超声频率磁流体动力。8.如权利要求7所述的方法，其中所述超声频率磁场是使用由交流电源驱动的电磁体生成的。9.如权利要求7所述的方法，其中所述静电场是使用直流电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：诺维尔里斯公司，
类型：发明
国别省市：