均质急冷基底及其制备方法技术

一种用于将熔融合金快速凝固成具有微晶或非晶态组织的带的急冷基底，所述的急冷表面由导热合金组成以及所述组织基本上均匀。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
1.专利技术所属领域本专利技术涉及用于快速急冷熔融合金的装置和方法。更具体地，涉及用于造铸金属带的铸盘(Casting wheel)的急冷表面的特征2.现有技术的描述通过将熔融合金浇注在旋转的铸盘上可实现合金带的连铸。以熔融合金液流形成的带由铸盘的运动的急冷表面拉薄并凝固。对于连续铸造，这种急冷表面需要能承受由于在铸造过程中热循环产生的周期应力所造成的机械损伤。可使急冷表面的性能得到改善的措施使用具有高热传导性和高机械强度的合金。例子包括各种铜合金、钢等。作为另一种方法，可以将各种表面镀在铸盘急冷表面上以改善其性能，如在欧洲专利EP0024506中所公开的。合适的铸造工艺的详细内容公开在US4,142,571中，该专利所公开的内容结合入本文供参考。现有技术中的铸盘急冷表面通常是两种形式整体形或组件形。对于前一种形式，将一合金固体块加工成铸盘形，或者带有或者不带结合在其中的冷却通道。而后一种形式是由两块或更多块(当组装时)构成铸盘的构件组成，如公开在US 4,537,239中的。本专利技术公开的铸盘急冷表面改进措施适用于所有类型的铸盘。现有技术中的铸盘急冷表面通常是由合金制成，该合金铸造并在制成盘急冷表面之前以某种方式机加工。已考虑到某些机械性能如硬度、拉伸强度和屈服强度以及延伸率，有时还综合考虑热导性。对于所给定合金努力地得到尽可能最好的机械强度和热导性综合性能。其原因基本上基于两方面1)提供高至足以产生所希望的铸带显微组织的急冷速率，2)耐急冷表面机械损伤，机械损伤会使带的几何尺寸精度降低从而使铸造产品是不能使用的。合金带的铸造工艺是复杂的，并且必须考虑动态的或周期的机械性能，以研究出具有优异性能的急冷表面。用于制造作为急冷表面的原料合金的工艺对随后带的铸造性能有显著的影响。这可能是由于机加工量以及随后热处理后生成的强化相造成的。这也可能是某些机加工工艺的方向性或不连续性造成的。例如，环形件锻造和挤压都使加工工件的机械性能为各向异性。但遗憾地是，该种产生的取向性的方向一般与急冷表面内的最有用的方向不一致。实现合金重结晶和晶粒生长的热处理和随合金基体析出的强化相，经常不足以改善在机加工工艺步骤过程中所造成的缺陷。结果是急冷表面的显微组织具有不均匀的晶粒尺寸、形状及分布。结论是具有如上所述那种急冷表面晶粒组织的部件，在用于连铸钢带的过程中，有过早地失效的倾向。如所述的那样，原始晶粒尺寸不均匀对任何使用部件的疲劳寿命产生极大的限制专利技术概述本专利技术提供了一种用于连铸合金带的装置。一般说来，该装置具有提供急冷基底的铸盘，用于在快速凝固连续合金带过程中冷却浇注在其上的熔融合金层。该急冷基底具有晶态和非晶态组织。它由热导性合金组成并具有基本均匀的晶粒尺寸。本专利技术的铸盘任选地具有一冷却装置，当合金浇注在所述铸盘的急冷表面上并急冷时，该冷却装置使所述急冷表面保持在固定温度。相对于急冷基底以一定间隔装有一喷嘴，用于从中喷出熔融合金。由喷嘴将熔融合金定向至急冷基底的区域，熔融合金浇注在其上面。一个储熔融合金液的容器与所述喷嘴连通并将熔融合金送入该喷嘴中。优选地，该急冷基底具有均匀的晶粒尺寸，其特征在于约80％的晶粒具有大于1μm但小于50μm的尺寸，而其余的具有大于50μm但小于300μm尺寸。使用具有热导性且基本均匀的晶态或非晶态组织的急冷基底，可明显地提高急冷基底的使用寿命。明显改善快速凝固在该基底上的带的产率。减少了维修基底的停工时间并增加了该工艺的可靠性。附图的简要说明结合附图参照下面的详述会更全面地理解本专利技术，并且本专利技术的其它优越性会更明了。附图说明图1是连铸金属带的装置的透视图。图2a是表明急冷基底性能随着连铸6.7英寸宽非晶合金带的时间而降低(“pipping”)的曲线。图2b是表明急冷基底性能随着连铸8.4英寸宽非晶合金带的时间而降低的曲线。图3a是现有技术的急冷基底的光学显微照片，表明其典型的晶粒尺寸和分布。图3b是本专利技术的急冷基底的光学显微照片，表明典型的晶粒尺寸和分布。本专利技术的详述本文所用概念“非晶态金属带”意指基本上没有任何大范围有序态的金属合金，特征是其x射线衍射强度的峰定性地类似于对液态或无机氧化物玻璃所观察到的。本文所用概念“微晶合金”意指晶粒尺寸小于10μm(0.004英寸)的合金优选地，这种合金的晶粒尺寸范围为约100nm(0.000004英寸)10μm(0.004英寸)，最优选地为约1μm(0.00004英寸)-5μm(0.0002英寸)本文所用概念“带”意指细长体，其横向直径远小于其长度。由此带包括丝、带、以及板，其截面为规则的或不规则的。本文说明书和权利要求书中所用的概念“快速凝固”是熔体的冷却速度至少约为104-106℃/s。在本专利技术内可使用多种快速凝固技术来生产带例如喷注在激冷基底上、喷射铸造、平面流动铸造等。本文所用概念“盘”意指具有宽度(轴向)小于其直径的基本环形截面的物体与之相反，一般认为轴的宽度大于其直径。所用“基本均匀”意指急冷表面上各方向上的晶粒尺寸基本一致。优选地，急冷基底是基本均匀的，所含晶粒尺寸均匀，其特征在于约80％晶粒的尺寸大于1μm但小于50μm，且其余晶粒的尺寸大于50μm但小于300μm。所用概念“热导性”意指急冷基底具有大于40W/mK但小于约400、优选大于60W/mK但小于约400W/mK、最优选大于80W/mK但小于400W/mK的导热率值。本专利技术的说明书和权利要求书中，参照位于盘边缘且作为急冷基底的铸盘部件来说明该位置。应理解到地是本专利技术的原理同样可适用于具有形状和结构不同于盘的急冷基底机构如带式急冷基底、或者适用于作为急冷基底的部件不是位于盘的边缘而是位于盘的表面或盘的其它部分上的铸盘机构。本专利技术提供了一种在快速急冷熔融金属中使用急冷基底的装置和方法。在该装置的优选实施方案中，该铸盘的直径与轴向测得的铸盘的最大宽度之比至少约为1。通过位于急冷基底附近的轴向管流通冷却液而实现金属带的快速和均匀的急冷。由于在铸造过程随着盘转动熔融合金周期地浇注在急冷基底上，从而产生大的热循环应力。这在基底表面导致大的径向热梯度。为了在其它工艺中由这种大的热梯度和热疲劳循环造成的急冷基底的机械破坏，该基底由细小的尺寸均匀的晶粒构成。冷却液通过轴中两个相间隔的轴向孔而输送至铸盘并从铸盘中输送回孔中。液体的入口和出口使液体在孔和两个位于盘中的腔连通。这两个腔由从轴延伸至激冷表面的壁所分离。本专利技术的装置和方法适于形成铝、锡、铜、铁、铜、不锈钢等多晶带优选的金属合金是一旦由熔体快速冷却即形成固态非晶组织的金属合金这些对于本领域内的技术人员来说是公知的。这些合金的例子公开在US 3,427,154和3,981,722中。参照图1，示出了用于连铸金属带的装置10。装置10具有可旋转地安装于其轴向轴上的环状铸盘1、用于储熔融金属的容器2以及感应加热线圈3。容器2与开槽喷管4相连，开槽喷管4于接近于环状铸盘1的基底5处安装。容器2还装有用于将其中所盛的熔融金属加压、以有效地将熔融金属通过喷管4喷出的装置(未示出)。在操作过程中，于容器2中保持在压力下的熔融金属通过喷管4喷射在快速运动的铸盘基底5上，熔融金属在其上凝固形成带6。在凝固之后，带6从铸盘上分离并且被甩离铸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：H·H·利伯曼，D·F·特勒，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：