一種溫型鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬鑄造技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種溫型鑄造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鑄造在金屬的生產(chǎn)中具有舉足輕重的地位。隨著金屬材料種類(lèi)和產(chǎn)品品種的不斷增加，應(yīng)用領(lǐng)域的快速拓展，以及高新技術(shù)的迅猛發(fā)展和人們生活水平的日益提高，世界面臨環(huán)境惡化、資源與能源短缺的現(xiàn)狀，對(duì)金屬鑄造過(guò)程的節(jié)能降耗、短流程、高效率、低成本以及鑄坯質(zhì)量的要求越來(lái)越高。
[0003]鑄型是鑄造中使液態(tài)金屬成為固態(tài)金屬，獲得所需形狀鑄坯的容器，是鑄造中的關(guān)鍵部件和“心臟”，對(duì)鑄坯的質(zhì)量和產(chǎn)量起著重要作用。目前金屬鑄造所采用的鑄型主要有冷卻鑄型(簡(jiǎn)稱(chēng)“冷型”)、加熱鑄型(簡(jiǎn)稱(chēng)“熱型”)和兩相區(qū)鑄型。
[0004]現(xiàn)在大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化實(shí)施的傳統(tǒng)連鑄方法和半連鑄方法就是采用的冷卻鑄型，即通過(guò)對(duì)鑄型四周施加循環(huán)水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使得鑄型溫度遠(yuǎn)低于金屬的固相線溫度以下，金屬熔體首先在鑄型的急冷作用下凝固，并逐漸向中心生長(zhǎng)，最終獲得從鑄坯表面往芯部的微觀組織分別為細(xì)小等軸晶、垂直于表面的柱狀晶和粗大等軸晶的鑄坯。采用冷卻鑄型的傳統(tǒng)連鑄方法和半連鑄方法具有生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，但是存在著易形成樹(shù)枝狀晶，產(chǎn)生偏析、縮孔和疏松等缺陷，鑄坯表面質(zhì)量較差，后續(xù)塑性加工前需要銑面，材料利用率低，工藝流程長(zhǎng)，生產(chǎn)成本高，以及鑄坯變形性能普遍不好，產(chǎn)品質(zhì)量難以滿(mǎn)足更高使用要求等問(wèn)題；而且對(duì)于具有寬固液兩相區(qū)的金屬，采用冷型連鑄方法更加難以制備高質(zhì)量的鑄坯。
[0005]采用加熱鑄型的連鑄方法稱(chēng)作熱型連鑄法(又稱(chēng)連續(xù)定向凝固法)，是將冷型連鑄的冷卻鑄型改為加熱鑄型(即通過(guò)對(duì)鑄型進(jìn)行加熱，使鑄型溫度高于金屬的液相線溫度以上)，在鑄型出口附近對(duì)已凝固金屬進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，在凝固金屬與未凝固熔體間建立起沿拉坯方向的高溫度梯度，使其具備定向凝固條件，從而連續(xù)獲得具有單向凝固的連續(xù)柱狀晶或單晶組織的無(wú)限長(zhǎng)鑄坯。利用熱型連鑄方法可獲得表面光潔度好、具有連續(xù)柱狀晶或單晶組織且后續(xù)加工性能優(yōu)異的鑄坯，但是存在著鑄型加熱溫度高、能耗大，易拉漏，生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品的橫截面積較小，以及難以用于固液兩相區(qū)較寬金屬的鑄造成形等不足[謝建新，等.材料加工新技術(shù)與新工藝.北京:冶金工業(yè)出版社，2004]。
[0006]綜上所述，采用現(xiàn)有的冷卻鑄型、加熱鑄型以及兩相區(qū)鑄型的鑄造方法難以同時(shí)滿(mǎn)足能源消耗相對(duì)較低、生產(chǎn)效率高，成形的鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量好、后續(xù)塑性加工性能和力學(xué)性能優(yōu)異等要求。因此，針對(duì)目前鑄造方法存在的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種節(jié)約能源、生產(chǎn)效率和成材率高的新型鑄造方法，使生產(chǎn)出的金屬鑄坯表面光潔度好、組織致密、成分分布較為均勻，塑性加工性能和力學(xué)性能等綜合性能優(yōu)異，具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種溫型鑄造方法，是將鑄型溫度控制在金屬的低熱溫度區(qū)域(即通過(guò)對(duì)鑄型進(jìn)行加熱，使鑄型溫度保持在低于金屬的固相線溫度且高于冷卻鑄型溫度的范圍內(nèi)，以下稱(chēng)此種鑄型為“低熱鑄型”)的鑄造方法(以下稱(chēng)作“溫型鑄造”)。由于溫型鑄造的低熱鑄型溫度低于加熱鑄型和兩相區(qū)鑄型的溫度，而高于冷卻鑄型的溫度，因此可解決傳統(tǒng)的連鑄、半連鑄和半固態(tài)鑄造方法生產(chǎn)的鑄坯表面光潔度及質(zhì)量和性能較差，熱型連鑄方法生產(chǎn)效率低、能耗較高、難以生產(chǎn)大截面鑄坯、易拉漏，定向凝固方法生產(chǎn)效率低、能耗較高、鑄坯長(zhǎng)度有限、產(chǎn)量低，兩相區(qū)鑄造方法能耗較高、拉坯速度不能太快，以及半固態(tài)鑄造和兩相區(qū)鑄造方法無(wú)法用于純金屬和共晶合金的制備等問(wèn)題。
[0008]本發(fā)明的一種溫型鑄造方法一種溫型鑄造方法，是通過(guò)對(duì)鑄型進(jìn)行加熱將鑄型溫度控制在金屬的低熱溫度區(qū)域進(jìn)行鑄造的方法，所述低熱溫度區(qū)域是指使鑄型溫度保持在低于金屬的固相線溫度且高于冷卻鑄型溫度的范圍內(nèi)；溫度控制在金屬的低熱溫度區(qū)域的鑄型為低熱鑄型。
[0009]所述溫型鑄造方法包括步驟:將金屬熔體從坩堝中流入低熱鑄型；低熱鑄型在加熱器或金屬熔體導(dǎo)熱作用下被加熱至金屬的低熱溫度區(qū)域；通過(guò)低熱鑄型出口附近設(shè)置的冷卻器直接對(duì)已完全凝固的金屬表面進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，在牽引機(jī)構(gòu)的作用下，連續(xù)拉制金屬鑄坯；金屬所需的冷卻速度由牽引機(jī)構(gòu)的拉坯速度V、冷卻器的冷卻強(qiáng)度以及加熱器來(lái)控制。
[0010]進(jìn)一步的，所述加熱器采用外部熱源或感應(yīng)加熱線圈。
[0011]進(jìn)一步的，在所述低熱鑄型出口附近設(shè)置的冷卻器的基礎(chǔ)上實(shí)施二次冷卻。
[0012]進(jìn)一步的:所述坩堝用中間包取代，用于進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。
[0013]優(yōu)選的，所述的溫型鑄造方法，是將坩堝放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中進(jìn)行鑄造；整個(gè)鑄造成形過(guò)程可以采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法可以是下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?
[0014]40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，以省略中間退火工序。
[0015]進(jìn)一步的，所述的溫型鑄造方法是將預(yù)制的金屬固液混合體或半固態(tài)漿料連續(xù)加入溫度處于金屬固液兩相區(qū)的中間包中；將中間包放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中；整個(gè)鑄造成形過(guò)程采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，可以省略中間退火工序。
[0016]進(jìn)一步的，所述的溫型鑄造方法是先向金屬熔體中添加入制備含有異質(zhì)相的復(fù)合材料所需的異質(zhì)相材料；將坩堝(2)放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中；整個(gè)鑄造成形過(guò)程采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，可以省略中間退火工序。
[0017]所述的溫型鑄造方法制備出的金屬材料為具有金屬內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與金屬表層的等軸晶并存的微觀組織結(jié)構(gòu)。
[0018]本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于:
[0019]1.采用溫型鑄造方法成形的金屬鑄坯表面光潔度好，具有特殊的組織結(jié)構(gòu)(即金屬內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與金屬表層的等軸晶并存的微觀組織結(jié)構(gòu))，組織致密、成分分布較為均勻，塑性加工性能、力學(xué)性能、物理性能以及化學(xué)性能優(yōu)于相同成分金屬的普通鑄造坯料。
[0020]2.溫型鑄造方法適用范圍廣泛，幾乎所有的金屬均可實(shí)現(xiàn)溫型鑄造成形，如純金屬、鋼鐵、鋁合金、銅合金、鈦合金、鎂合金等，也可用于此類(lèi)金屬的層狀復(fù)合材料、梯度復(fù)合材料以及均質(zhì)復(fù)合材料的成形，而且可以近終成形生產(chǎn)金屬線材、管材、板材、帶材、棒材及型材等產(chǎn)品。
[0021]3.溫型鑄造方法具有極大的推廣價(jià)值，只要將現(xiàn)有鑄造方法中的冷卻鑄型、加熱鑄型以及兩相區(qū)鑄型改為低熱鑄型，都可開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的溫型鑄造方法。
[0022]4.溫型鑄造方法節(jié)約能源，降低消耗，生產(chǎn)效率高。
[0023]5.采用溫型鑄造方法成形的金屬鑄坯可根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)大壓下率塑性加工，可以省略進(jìn)行中間退火工序，大大簡(jiǎn)化了工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體描述，有必要在此指出的是本實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容做出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。
[0025]實(shí)施例1
[0026]直徑為20_的純鋁棒材溫型連鑄成形。純鋁熔體I從充有氬氣保護(hù)的坩堝2中流入低熱鑄型3 ;調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱器4的功率，控制低熱鑄型3溫度為550°C;冷卻器6采用溫度為
[0027]15°C、流量為1000L/h的冷卻水對(duì)純鋁進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；牽引機(jī)構(gòu)8以50mm/min的拉坯速度進(jìn)行連續(xù)拉制，獲得純鋁棒材5。所制備的純鋁棒材表面光潔度好，內(nèi)部組織致密，微觀形貌主要由純鋁棒材內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與純鋁棒材表層的等軸晶并存的微觀組織構(gòu)成，且質(zhì)量和性能優(yōu)異。
[0028]實(shí)施例2
[0029]外部正方形邊長(zhǎng)為20mm、內(nèi)部圓孔直徑為1mm的純銅型材溫型連鑄成形。純銅熔體從充有氬氣保護(hù)的坩堝中流入低熱鑄型；調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱器的功率，控制低熱鑄型溫度為900°C;冷卻器采用溫度為18°C、流量為600L/h的冷卻水對(duì)純銅進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；牽引機(jī)構(gòu)以100mm/min的拉坯速度進(jìn)行連續(xù)拉制，獲得純銅型材。所制備的純銅外方內(nèi)圓型材內(nèi)外表面光潔度好，內(nèi)部組織致密，微觀形貌主要由純銅型材內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與純銅型材表層的等軸晶并存的微觀組織構(gòu)成，且質(zhì)量和性能優(yōu)異。
[0030]實(shí)施例3
[0031 ] 寬度為25mm、厚度為5mm的Cu_12wt % Al招青銅合金板材溫型連鑄成形。Cu-12wt% Al鋁青銅合金熔體I從坩堝2中流入低熱鑄型3 ;調(diào)節(jié)感應(yīng)加熱器4的功率，控制低熱鑄型3溫度為850°C ;冷卻器6采用溫度為20°C、流量為800L/h的冷卻水對(duì)Cu-12wt% Al招青銅合金進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；牽引機(jī)構(gòu)8以80mm/min的拉還速度進(jìn)行連續(xù)拉制，獲得Cu-12wt% Al招青銅合金板材5。所制備的Cu-12wt% Al招青銅合金板材表面光潔度好，化學(xué)成分分布較為均勻，內(nèi)部組織致密，微觀形貌主要由鋁青銅合金板材內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與鋁青銅合金板材表層的等軸晶并存的微觀組織構(gòu)成，且質(zhì)量和性能優(yōu)異。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述溫型鑄造方法是通過(guò)對(duì)鑄型進(jìn)行加熱將鑄型溫度控制在金屬的低熱溫度區(qū)域進(jìn)行鑄造的方法，所述低熱溫度區(qū)域是指使鑄型溫度保持在低于金屬的固相線溫度且高于冷卻鑄型溫度的范圍內(nèi)；溫度控制在金屬的低熱溫度區(qū)域的鑄型為低熱鑄型。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述溫型鑄造方法包括步驟:將金屬熔體(I)從坩堝(2)中流入低熱鑄型(3);低熱鑄型(3)在加熱器(4)或金屬熔體(I)導(dǎo)熱作用下被加熱至金屬的低熱溫度區(qū)域；通過(guò)低熱鑄型(3)出口附近設(shè)置的冷卻器(6)直接對(duì)已完全凝固的金屬表面進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，在牽引機(jī)構(gòu)(8)的作用下，連續(xù)拉制金屬鑄坯(5);金屬所需的冷卻速度由牽引機(jī)構(gòu)⑶的拉坯速度V、冷卻器(6)的冷卻強(qiáng)度以及加熱器(4)來(lái)控制。3.如權(quán)利要求2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于，所述加熱器(4)采用外部熱源或感應(yīng)加熱線圈。4.如權(quán)利要求2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于，在所述低熱鑄型(3)出口附近設(shè)置的冷卻器出)的基礎(chǔ)上實(shí)施二次冷卻。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述坩堝(2)用中間包取代，用于進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述的溫型鑄造方法，是將坩堝(2)放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中進(jìn)行鑄造；整個(gè)鑄造成形過(guò)程可以采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法可以是下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，以省略中間退火工序。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述的溫型鑄造方法是將預(yù)制的金屬固液混合體或半固態(tài)漿料連續(xù)加入溫度處于金屬固液兩相區(qū)的中間包中；將中間包放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中；整個(gè)鑄造成形過(guò)程采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，可以省略中間退火工序。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述的溫型鑄造方法是先向金屬熔體中添加入制備含有異質(zhì)相的復(fù)合材料所需的異質(zhì)相材料；將坩堝(2)放置于空氣或真空或充入氮?dú)饣虺淙攵栊詺怏w保護(hù)的環(huán)境中；整個(gè)鑄造成形過(guò)程采用人工控制或計(jì)算機(jī)控制；溫型鑄造方法采用下拉式、弧形式、水平式或上引式中的任何一種；根據(jù)需要可采用10%?40%的道次大壓下率直接進(jìn)行后續(xù)塑性加工，可以省略中間退火工序。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種溫型鑄造方法，其特征在于:所述的溫型鑄造方法制備出的金屬材料為具有金屬內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與金屬表層的等軸晶并存的微觀組織結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種溫型鑄造方法，其特征為：鑄型通過(guò)加熱器進(jìn)行加熱，或者利用進(jìn)入鑄型之前的金屬熔體傳導(dǎo)的熱量加熱鑄型，使鑄型溫度保持在低于金屬的固相線溫度且高于冷卻鑄型溫度的范圍內(nèi)；通過(guò)鑄型出口附近設(shè)置的冷卻器對(duì)金屬進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；用牽引機(jī)構(gòu)對(duì)金屬鑄坯進(jìn)行拉制。本發(fā)明方法適用范圍廣泛，有極大的推廣價(jià)值，能夠低能耗、高效生產(chǎn)性能優(yōu)異、表面光潔度好、尺寸精度高、致密度高、成分較均勻，具有金屬內(nèi)部平行或近似平行于拉坯方向的柱狀晶與金屬表層的等軸晶并存微觀組織的高質(zhì)量金屬鑄坯，可根據(jù)需要進(jìn)行后續(xù)大壓下率塑性加工。
【IPC分類(lèi)】B22D11/04, B22D11/11
【公開(kāi)號(hào)】CN105710322
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410737184
【發(fā)明人】秦海鵬
【申請(qǐng)人】青島泰威機(jī)床有限公司