專利名稱：鑄件單向凝固的方法和相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鑄造方法，更具體的是，本發(fā)明提供了一種單向凝固 鑄件的設(shè)備和方法，以提供均勻的凝固速率，并因此提供了一種具有 均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)和較低內(nèi)應(yīng)力的鑄錠。
背景技術(shù)：
為了改進(jìn)鑄件性能，已經(jīng)嘗試了各種使鑄模內(nèi)的鑄件定向凝固的 方法。
目前的定向凝固方法的一個(gè)實(shí)例包括于1980年7月1日授予 M.Ruhle的美國(guó)專利4210193，該專利公開了制造鋁硅合金鑄件的方 法。熔融金屬被注入底部由錫板制成的鑄模中，水流施加到錫板的底 部，穿過(guò)錫板插入鑄件的熱電偶用于監(jiān)測(cè)鑄件的溫度，并因此適當(dāng)?shù)?控制冷卻流。當(dāng)鑄模底部的溫度從575華氏度降低到475華氏度時(shí)停 止冷卻，直到來(lái)自于周圍熔融金屬的熱量使得該區(qū)域的溫度上升到 540華氏度為止。當(dāng)把鋁硅合金從鑄模中取出時(shí)，錫板已經(jīng)成為了鑄 件的一部分。結(jié)果是使鑄件的下部獲得細(xì)小的晶粒結(jié)構(gòu)，但該方法不 能產(chǎn)生具有低應(yīng)力的均勻的組織結(jié)構(gòu)，并且如果錫板不構(gòu)成最終鑄件 的一部分時(shí)，必須切除錫板，因此可能導(dǎo)致浪費(fèi)。
1986年4月29日授予H.Kawai等人的美國(guó)專利4585047公開了 一種用于冷卻鑄模內(nèi)熔融金屬的設(shè)備。該設(shè)備包括鑄模內(nèi)部的供冷卻 液流過(guò)的管子，管子設(shè)置在鑄模的下部，這樣就導(dǎo)致了從鑄模底部到頂部的金屬定向凝固。
一旦鑄件凝固，就從鑄件上將多余部分切掉， 然后將它們?nèi)诨耘c管子分離，以便管子能再使用。必須切掉包圍在 管子周圍的那部分鑄件導(dǎo)致增加了制造工序和浪費(fèi)，此外，該設(shè)備不 能在鑄件內(nèi)產(chǎn)生由定向凝固提供的均勻的組織結(jié)構(gòu)或低應(yīng)力。
1990年11月13日授予Eric L.Mawer的美國(guó)專利4969502公開 了 一種鑄造金屬的設(shè)備，該設(shè)備包括構(gòu)造成用來(lái)往豎直的板上澆注熔 融金屬的伸長(zhǎng)的澆注裝置，因此耗散了流動(dòng)的熔融金屬的能量。可替 代的是， 一對(duì)伸長(zhǎng)的澆注裝置被用于相向地澆注熔融金屬，這樣相向 流動(dòng)的兩種金屬流的交互作用耗散了金屬的能量，其結(jié)果是降低了鑄 模內(nèi)的波動(dòng)作用，因此冷卻的鑄件具有更均勻的厚度，但該設(shè)備不能 在鑄件中產(chǎn)生均勻的組織結(jié)構(gòu)，也不能使鑄件內(nèi)的應(yīng)力低。
1991年6月4日授予M.K.Aghajanian等人的美國(guó)專利5020583 公開了金屬基復(fù)合材料的定向凝固方法。該方法包括把金屬錠放置在 大量填充材料之上，然后熔化金屬，使得金屬滲透到填充材料中?？?以用例如鎂的滲透加強(qiáng)物來(lái)使金屬合金化，并且可以在氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn) 行加熱，從而進(jìn)一步促進(jìn)滲透。滲透后，所產(chǎn)生的金屬基體被放置在 熱沉頂部上進(jìn)行冷卻，并在正冷卻的金屬基體周圍放置絕熱物，這樣 使熔融合金產(chǎn)生定向凝固。該專利不能控制凝固的速率，也不能在鑄 件內(nèi)生成均勻的組織結(jié)構(gòu)或低應(yīng)力。
1991年12月24日授予A.Ohno的美國(guó)專利5074353公開了水平 連鑄金屬的設(shè)備和方法。該系統(tǒng)包括連接到熱鑄模上的保溫爐，其中 熱鑄模的進(jìn)口端具有開口部分。圍繞熱鑄模側(cè)壁和底部的加熱元件將 鑄模至少加熱到鑄造金屬的凝固溫度。冷卻噴流施加到熱鑄模的頂部。 在上下夾輥之間的引錠件(dummy member )往復(fù)出入鑄模的出口端， 以當(dāng)金屬凝固時(shí)就把它拉出。由于需要將鑄件從無(wú)用金屬(dumray metal)分離，該專利的方法可能導(dǎo)致浪費(fèi)，此外，該設(shè)備不能在鑄件 內(nèi)產(chǎn)生由定向凝固導(dǎo)致的均勻的組織結(jié)構(gòu)或低應(yīng)力。
因此，需要一種可提供相對(duì)均勻、可控的冷卻速率的單向凝固鑄 件的改進(jìn)的設(shè)備和方法，這種方法可以在鑄件的晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生更大的均勻度，并使鑄件內(nèi)應(yīng)力更低，減少產(chǎn)生裂紋的傾向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種通過(guò)以可控的凝固速率沿鑄件厚度方向單向凝
固鑄件的方法形成的多層鑄錠，該方法特別適用于鑄造在2xxx系列的 鋁合金外覆有l(wèi)xxx合金以及在3xxx合金外覆有4xxx合金的商業(yè)規(guī)格 的鑄錠。為了便于描述，這里所說(shuō)的厚度指鑄件最薄的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的鑄模優(yōu)選為基本水平定向，具有四個(gè)側(cè)壁和可構(gòu)造 成選擇性地允許或阻止冷卻劑噴射效果的底部。 一種底部構(gòu)造是帶有 孔的基底，而孔的大小可使冷卻劑進(jìn)入，同時(shí)可阻止熔融金屬離開， 這種孔的直徑優(yōu)選至少為約1/64英寸，但是不超過(guò)約l英寸。另一種 底部構(gòu)造是具有實(shí)心部分和網(wǎng)狀部分的輸送帶。其它的底部構(gòu)造包括 有在鑄模底部的熔融金屬的已凝固后可從鑄模的其余部分移走的結(jié) 構(gòu)，而網(wǎng)、布或其它可滲透結(jié)構(gòu)保留以支撐鑄件。
用于將熔融金屬?gòu)臓t輸送的進(jìn)料槽在鑄模的一側(cè)終止，它被構(gòu)造 成從爐或其它容器將熔融金屬輸送到沿鑄模一側(cè)布置的熔融金屬進(jìn)料 腔。在另一個(gè)實(shí)施例中，熔融金屬進(jìn)料腔沿鑄模一側(cè)的頂部布置，這 樣就可以按照可控的方式將熔融金屬豎直地注入模腔的了貞部。熔融金 屬進(jìn)料腔和鑄模被一個(gè)或多個(gè)閘門互相隔離開。 一種優(yōu)選的閘門是圓 柱狀、可旋轉(zhuǎn)地安裝的閘門，閘門中限定了螺旋槽，這樣隨著閘門旋 轉(zhuǎn)，熔融金屬就僅在鑄模內(nèi)熔融金屬頂部的水平面水平地釋放入鑄模。 另 一種優(yōu)選閘門僅僅是在隔離鑄模和進(jìn)料腔的壁的不同高度處的狹 槽，這樣熔融金屬添加到進(jìn)料腔中的速率就決定了熔融金屬進(jìn)入鑄模 的速率和高度。還有一種優(yōu)選的閘門是位于鑄模和進(jìn)料腔之間的流動(dòng) 通道，其中流動(dòng)通道的每端具有豎直的滑動(dòng)件，這樣豎直滑動(dòng)伴陽(yáng)，卜 了熔融金屬流過(guò)鑄模和進(jìn)料腔中的狹槽，而允許熔融金屬流過(guò)》;iu勁遞 道。因此，通過(guò)設(shè)定通道的高度，就把熔融金屬的流動(dòng)限定在鑄模內(nèi) 的所需高度。
在一些實(shí)施例中，可以在鑄模的另 一側(cè)設(shè)置第二進(jìn)料槽和熔融金屬進(jìn)料腔，因而可以在鑄造第一合金時(shí)將第二合金引入鑄模，例如在 為鑄件施加覆層時(shí)。這個(gè)過(guò)程可以擴(kuò)展到制造具有至少兩種不同合金 層的多層鑄錠產(chǎn)品中。鑄模的側(cè)壁優(yōu)選是絕熱的。鑄模的下面設(shè)置了 多個(gè)冷卻噴嘴，例如空氣/水噴嘴，它們構(gòu)造成往鑄模的底面噴射冷卻 劑。
熔融金屬基本上均勻地通過(guò)閘門被引入，同時(shí)，冷卻介質(zhì)均勻地 施加到鑄模的底部區(qū)域。熔融金屬流入鑄模的速率，以及冷卻劑施加 到鑄模的速率都是可控的，以便提供相對(duì)恒定的凝固速率。冷卻劑可 以開始是空氣，然后逐漸由空氣轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝?水霧，最后全部變?yōu)樗?當(dāng)鑄模底部的熔融金屬凝固后，基底的底部可以移動(dòng)，這樣鑄模下方 的實(shí)心部分被具有開口的部分替換掉，因此冷卻劑就可以直接接觸到
已經(jīng)凝固的金屬，并維持所需的冷卻速率。對(duì)于穿孔板的基底，不需 要移走鑄模底部。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在冷卻過(guò)程中定向凝固鑄件的改 進(jìn)方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在鑄件凝固過(guò)程中維持相對(duì)恒定 凝固速率的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供最少浪費(fèi)的鑄造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在材料中產(chǎn)生均勻晶體結(jié)構(gòu)的鑄 造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使鑄件中應(yīng)力較低、開裂和/或縮 孔的可能性減小的鑄造方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有更均勻結(jié)構(gòu)的鑄件。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的是提供一種用于在鑄件周圍制造覆層的設(shè)備 和方法，該覆層比現(xiàn)有的覆層具有更好的附著力。
本發(fā)明的另 一個(gè)目的是提供一種制造具有至少兩層的多層鑄錠產(chǎn)
品 的i殳備和方法。
通過(guò)下面的說(shuō)明和圖例，可以更清楚本發(fā)明的上述和其它目的。


本專利或申請(qǐng)包含至少一張彩色制圖，在向?qū)＠终?qǐng)求并支付所 需費(fèi)用后，由專利局提供有彩色制圖的本專利或?qū)＠暾?qǐng)公開的副本。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的鑄模的頂視等軸測(cè)圖，該圖顯示了在鑄模下 方的輸送帶的實(shí)心部分。
圖2是依據(jù)本發(fā)明鑄模的部分截面的頂視等軸測(cè)圖，該圖沿圖1 中的2-2線截取。
圖3是依據(jù)本發(fā)明鑄模的頂視等軸測(cè)圖，該圖顯示了在鑄模下方 的輸送帶的網(wǎng)狀部分。
圖4是依據(jù)本發(fā)明鑄模的部分截面的頂視等軸測(cè)圖，該圖沿圖3 中的4-4線截取。
圖5是依據(jù)本發(fā)明的閘門的頂視圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明的閘門的前視圖。
圖7是依據(jù)本發(fā)明的閘門的側(cè)視圖。
圖8是依據(jù)本發(fā)明的另一種鑄模實(shí)施例的部分剖切的側(cè)視等軸測(cè)圖。
圖9是依據(jù)本發(fā)明的另一種可替換的鑄模實(shí)施例的剖切側(cè)視等軸 測(cè)圖。
圖10是根據(jù)圖9的鑄模的側(cè)視等軸測(cè)圖。
圖11所示是在實(shí)例凝固過(guò)程中鑄件溫度隨時(shí)間變化的曲線圖。
圖12是沿依據(jù)本發(fā)明所制造鑄錠的橫截面應(yīng)力分布圖。
圖13所示是采用現(xiàn)有技術(shù)方法制造的鑄錠內(nèi)部不同部位的應(yīng)力圖。
圖14是依據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施例的鑄模和輸送腔的剖視等軸 測(cè)視圖。
圖15是依據(jù)本發(fā)明的鑄模模腔的剖視前視等軸測(cè)圖。 圖16是依據(jù)本發(fā)明另 一 個(gè)實(shí)施例的鑄模的頂視等軸測(cè)圖，該圖顯 示了鑄模下方的輸送帶的穿孔部分。
圖17所示是圖16中鑄模的部分截面等軸測(cè)頂視圖，該圖沿圖16中的16- 16線截取。
圖18所示是圖16中鑄模的部分截面等軸測(cè)頂視圖，其中鑄模下 方是輸送帶的網(wǎng)狀部分。
圖19A所示是一種具有三層的多層鑄錠的透視圖，該鑄錠用于一 種在兩層1050合金中夾有2024合金的面板產(chǎn)品。
圖19B是圖19A中方框內(nèi)部分的顯微照片，顯示了在2024合金 和1050合金之間的界面。
圖20A是用于在兩層4343合金之間夾有3003合金的釬焊板產(chǎn)品 的三層的多層式鑄錠的透視圖。
圖20B是圖20A中方框內(nèi)部分的顯微照片，顯示了在3003合金 和4343合金之間的界面。
各圖中，類似的附圖標(biāo)記表示類似元件。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種鑄件單向凝固的設(shè)備和方法，同時(shí)還提供了可 控、均勻的凝固速率。
參見圖1-4，鑄模10包括四個(gè)側(cè)壁12、 14、 16和18，它們之中 限定了模腔19。側(cè)壁12、 14、 16、 18優(yōu)選是絕熱的。底部20可以由 具有實(shí)心部分22和網(wǎng)狀部分24的輸送帶構(gòu)成，輸送帶20是連續(xù)的， 它包裹在輥?zhàn)?6、 28、 30和32上，這樣不管是實(shí)心部分22還是網(wǎng)狀 部分24都可以可選擇地置于側(cè)壁12、 14、 16、 18的下方。輸送帶可 以采用具有高熱傳導(dǎo)率的剛性材料制造，例子包括銅、鋁、不銹鋼和 Inconal合金。注意網(wǎng)狀部分24是具有孔的部分。
由側(cè)壁36、38、40限定的熔融金屬進(jìn)料腔34是沿側(cè)壁12限定的， 與此類似，相似的熔融金屬進(jìn)料腔42是沿側(cè)壁16由側(cè)壁44、 46、 48 限定的。本發(fā)明的一些實(shí)施例可以只具有一個(gè)熔融金屬進(jìn)料腔，而其 它的實(shí)施例可以具有多個(gè)熔融金屬進(jìn)料腔。進(jìn)料槽50和52從熔融金 屬的爐(圖中未顯示，在鑄造領(lǐng)域是眾所周知的)分別延伸到每個(gè)熔 融金屬進(jìn)料腔34、 42正上方的位置。流嘴54從進(jìn)料槽50延伸到熔融金屬進(jìn)料腔34內(nèi)，與此類似，流嘴56從進(jìn)料槽52延伸到熔融金屬進(jìn) 料腔42內(nèi)。
側(cè)壁12包括一個(gè)或多個(gè)用于控制熔融金屬?gòu)倪M(jìn)料腔34流入模腔 19的閘門58、 60，與此類似，側(cè)壁16也包括用于控制熔融金屬?gòu)倪M(jìn) 料腔42流入才莫腔19的閘門62和64。閘門58、 60、 62、 64基本上是 相同的，圖5-7對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)圖示。閘門58包括一對(duì)壁66和68， 在它們之間限定了一個(gè)大致呈圓柱狀的通道70。在壁66和68的相對(duì) 面上，通道70包括開口側(cè)壁72和74。在通道70內(nèi)設(shè)有圓柱形閘門 部件76，該圓柱形閘門部件76基本上是實(shí)心的，且圍繞其圓周限定 有螺旋槽78。通道70、圓柱狀閘門部件76以及螺旋槽78被構(gòu)造成一 定結(jié)構(gòu)，以使得熔融金屬可以流經(jīng)與壁66和68中的一個(gè)緊鄰的一部 分螺旋槽78，而不能從閘門58的任何其它部分通過(guò)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)80與 圓柱狀閘門部件76有效連接，用于控制圓柱狀閘門部件76的旋轉(zhuǎn)。 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)80是已經(jīng)熟知的，因此這 里不再贅述。例如，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)80可以包括通過(guò)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)連接到圓 柱狀閘門部件76上的電機(jī)，該電機(jī)既可以通過(guò)操作員觀察鑄造進(jìn)程而 手動(dòng)切換來(lái)控制，也可以利用適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥骺刂啤?br> 再次參考圖1-4,輸送帶20內(nèi)布置有冷卻劑集流腔82，用于往 模腔19的底部表面22、 24噴射冷卻劑。根據(jù)所需的冷卻速率，優(yōu)選 的冷卻劑集流腔82可以提供空氣、水或它們的混合物。
使用時(shí)，輸送帶20將處于圖l-2所示的位置，實(shí)心部分22直接 位于模腔19的下方。熔融金屬通過(guò)流嘴54從進(jìn)料槽50引入進(jìn)料腔 34。然后閘門58和60的圓柱狀閘門部件76旋轉(zhuǎn)，使得螺旋槽78的 最低部分與壁66或壁68相鄰，從而允許熔融金屬通過(guò)大體水平地流 動(dòng)到輸送帶表面22，從而進(jìn)入模腔19。同時(shí)，空氣從冷卻劑集流腔 82噴射到輸送帶表面22的底側(cè)。當(dāng)模腔19充滿熔融金屬后，圓柱狀 閘門部件76旋轉(zhuǎn)，使得螺旋槽78的逐漸提升部分與壁66或壁68相 鄰，因此當(dāng)模腔19內(nèi)的金屬水平面升高時(shí)，允許熔融金屬通過(guò)的螺旋 槽78的部分也升高相應(yīng)的量，從而從進(jìn)料腔34流入模腔19的熔融金屬流始終保持水平，并總是處于已流入模腔19內(nèi)金屬的頂部。金屬水 平地流入模腔19使得熔融金屬能夠正確找到它自己的水平面，因此確 保了在模腔19內(nèi)熔融金屬大致均勻的厚度。
當(dāng)更多的金屬被注入模腔19時(shí)，模腔19內(nèi)的金屬冷卻速率將減 慢。為維持基本恒定的冷卻速率，來(lái)自于冷卻劑集流腔82的冷卻劑混 合物將由空氣轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝?水的霧，且所含的水量逐漸增多，直至最 后全部變?yōu)樗?，此外，?dāng)模腔19底部的金屬凝固時(shí)，輸送帶20將前 進(jìn)，使得網(wǎng)狀部分24而非實(shí)心部分22構(gòu)成鑄模10的底部，這樣冷卻 劑就可以直接與凝固的金屬接觸，如圖3-4所示。另外，通過(guò)控制閘 門58、 60的圓柱狀閘門部件76的旋轉(zhuǎn)，以及/或者控制金屬由進(jìn)料槽 50引入進(jìn)料腔34的速率，就可以減緩金屬添加到模腔19中的速率。 典型情況下，冷卻速率保持在約0.5華氏度/秒到約3華氏度/秒之間， 并且冷卻速率一般從鑄造開始時(shí)的3華氏度/秒降低到鑄造結(jié)束時(shí)的約 0.5華氏度/秒。與此類似，隨著鑄造的進(jìn)行，熔融金屬引入模腔19的 速率一般將從約4英寸/分鐘的初始速率減慢到0.5英寸/分鐘的最終速 率。
如果需要的話，可以從進(jìn)料槽52通過(guò)流嘴56將第二合金引入進(jìn) 料腔42，第二合金可被用于形成圍繞在第一合金周圍的覆層，例如， 覆層可以是耐蝕層。形成覆層的一個(gè)例子可以是，首先通過(guò)旋轉(zhuǎn)閘門 62、 64的圓柱狀閘門部件76，這樣金屬?gòu)拈l門中的螺旋狀通道78的 底部流入模腔19，從而就將合金從進(jìn)料腔42通過(guò)閘門62、 64引入了 模腔19，然后關(guān)閉閘門62和64。接著旋轉(zhuǎn)閘門58和60的圓柱狀閘 門部件76,使熔融金屬可以在螺旋槽78的逐步升高的部分從進(jìn)料腔 34流入到模腔19，直到模腔19幾乎被一直充滿到頂部為止，這時(shí)關(guān) 閉閘門58和60。接著，閘門62和64的圓柱狀閘門部件76旋轉(zhuǎn)，以 允許金屬在閘門62和64的圓柱狀閘門部件76內(nèi)的狹槽78的最高部 分從進(jìn)料腔42流入到模腔19中，從而允許該熔融金屬流到鑄模中已 有金屬的頂部。這樣，由進(jìn)料腔34中的合金所形成的基底的頂部和底 部將具有由進(jìn)料腔42中的合金所生成的覆層。為了確保在任意兩個(gè)連續(xù)層的界面的適當(dāng)結(jié)合，必須遵循下面的
規(guī)程在引入了與基層具有不同成分的新后續(xù)層后，基層的表面溫度 必須低于液相線溫度(Tliq)并高于共晶溫度(Teut) -50。C，其中Tliq 是基層的液相線溫度，Tw是基層的共晶溫度。該規(guī)程并不僅限于覆 層。該規(guī)程能夠順序地鑄造多種合金，以生成多層鑄錠產(chǎn)品。
另一種實(shí)施例的鑄模84如圖8所示，該鑄模84包括四個(gè)側(cè)壁， 圖中顯示了其中的三個(gè)側(cè)壁86、 88、 90。側(cè)壁86、 88、 90和第四個(gè) 大致相同但未顯示的側(cè)壁可以是絕熱的。鑄模84的底部由布92構(gòu)成， 布92可以采用與前面實(shí)施例鑄模10的底部輸送帶20相同的材料制 成。底部的基底94被構(gòu)造成可以在圖8中實(shí)線所示的上位和圖8中虛 線所示的下位之間移動(dòng)，其中在上位時(shí)它支撐著布92，而在下位時(shí)基 底94從布92移開足夠距離，這樣可以將噴射箱96和98放置在上下 位之間。噴射箱96和98被構(gòu)造成可從布92下方的位置移動(dòng)到允許基 底94在其上、下位之間移動(dòng)的位置。取決于基底94是位于噴射箱96 和98的上方還是下方，噴射箱96和98將據(jù)此往基底94的底部或者 布92的底部供應(yīng)空氣、水或兩者的混合物，或者也可能噴射其它冷卻 劑。
使用時(shí)，基底94將處于其上位，支撐著布92。熔融金屬將被引 入鑄模84，而空氣被施加到基底94的底部以進(jìn)行冷卻。當(dāng)鑄模84充 滿熔融金屬并且在底部的熔融金屬凝固時(shí)，暫時(shí)將噴射箱96、 98從基 底94下方的位置撤開，從而可以將基底94從其位于布92下方的位置 移走。然后再將噴射箱96、 98放回布92的下方，這樣噴射箱可以往 布92的底部噴射空氣、空氣/水混合物或水，并且隨著鑄造進(jìn)行，越 來(lái)越多的水噴射到布92底部。
圖9和圖IO所示是另一種實(shí)施例的鑄模IOO，它可以使用于本發(fā) 明的方法。該鑄才莫100包括可以;故絕熱的側(cè)壁102、 104、 106和108， 鑄模底部包括固定的底板110，該底板110限定了在側(cè)壁102、 104、 106和108下方的開口，其中可以插入可移除的底板112?？梢瞥装?112可以用例如銅之類的材料制作。在一些實(shí)施例中，固定底板110可以限定用于接收可移除底板112邊緣的插槽114,從而支撐可移除 底板112。側(cè)壁102、 104、 106、 108以及可移除底板112內(nèi)限定了模 腔116。
熔融金屬進(jìn)料腔118由壁120、 122、 124以及側(cè)壁108和固定底 板110限定。閘門126被限定于側(cè)壁108內(nèi)，在圖示的實(shí)施例中，它 由一對(duì)位于側(cè)壁108內(nèi)的狹槽構(gòu)成。進(jìn)料槽128從熔融金屬爐延伸到 直接在熔融金屬進(jìn)料腔118上方的位置，流嘴130從進(jìn)料槽128延伸 到熔融金屬進(jìn)料腔118內(nèi)。
冷卻劑集流腔132位于可移除底板112的下方，該冷卻劑集流腔 132優(yōu)選配置成可選擇地往可移除底板112上噴射空氣、水或空氣和 水的混合物。圖示的實(shí)施例還包括位于進(jìn)料腔118下方的收集盤134， 整個(gè)鑄模100被支撐在基座136上。
使用時(shí)，可移除底板112將被容納在插槽114中，熔融金屬將由 進(jìn)料槽128引入進(jìn)料腔118，直至進(jìn)料腔118中熔融金屬的水平面達(dá) 到狹槽126的底部。狹槽126以及以適當(dāng)選擇的進(jìn)料速率向進(jìn)料腔118 中注入，確保了熔融金屬進(jìn)入模腔116的進(jìn)料速率受控。隨著模腔116 中的熔融金屬水平面升高，可以調(diào)節(jié)熔融金屬注入進(jìn)料腔118的進(jìn)料 速率，從而使熔融金屬流出狹槽126直接流到模腔116內(nèi)熔融金屬的 頂部，因此確保了熔融金屬基本水平地流入模腔116。冷卻劑通過(guò)冷 卻劑集流腔132噴射到可移除底板112上，開始時(shí)為空氣，然后切換 成空氣/水混合物，最后全部是水。當(dāng)模腔116底部的熔融金屬凝固時(shí)， 就可以將可移除底板112移開，從而使冷卻劑可以直接與模腔116內(nèi) 的鑄錠底側(cè)接觸。
在根據(jù)本發(fā)明鑄造過(guò)程的一個(gè)實(shí)例中，采用圖9~10的鑄模100 將7085鋁合金鑄造成9"xl3"x7"的鑄錠。金屬的初始溫度是1280舉 氏度?？梢瞥装?12是用0.5〃厚的不銹鋼板制成的。沿著鑄錠甲心 線在離可移除底板112距離為0.25英寸、0.75英寸、2英寸和4英寸 處放置熱電偶。模腔116的初始填充速率是每30秒鐘2英寸，并且填 充速率隨鑄造進(jìn)行而減慢。初始的水流量是每分鐘0.25加侖，其形式是空氣/水的混合物。當(dāng)離可移除底板112的距離為0.25英寸的熱電偶 讀數(shù)是1080華氏度時(shí)，移開可移除底板112，此時(shí)，將水的流量提高 到每分鐘1加侖。
圖11所示是四個(gè)熱電偶的每個(gè)處的冷卻速率。從圖中可以看出， 冷卻速率在1.5 2.12華氏度/秒的范圍內(nèi)，是大致均勻的冷卻速率。
圖12所示是鑄錠整個(gè)橫截面上的殘余應(yīng)力，該數(shù)據(jù)是這樣采集 的在9"的方向?qū)Π肭虚_鑄錠，然后當(dāng)材料內(nèi)的應(yīng)力松弛時(shí)測(cè)量所產(chǎn) 生的表面變形。除了圖12左下角的一個(gè)拉應(yīng)力和中下部的一個(gè)壓應(yīng)力 之外，整個(gè)鑄錠的應(yīng)力大小為0.6 3ksi。因?yàn)閴簯?yīng)力通常不會(huì)導(dǎo)致裂 紋，所以鑄錠底部中央的較大的壓應(yīng)力無(wú)關(guān)緊要。該處高的壓應(yīng)力和 左下角的高的拉應(yīng)力可能是由于熔融金屬首先在這些位置沖擊基底， 從而導(dǎo)致冷珠以及可能的其它缺陷的形成。最高的拉應(yīng)力值是+ 6e+02PSI。
參見圖13，該圖顯示了在4英寸乘13英寸7085鋁合金直冷鑄錠 的橫截面上的殘余應(yīng)力。如圖所示，目前的直冷鑄造所產(chǎn)生的殘余應(yīng) 力能夠高達(dá)10ksi。然而，由于在測(cè)量應(yīng)力時(shí)鑄錠已經(jīng)具有縱向裂紋， 這會(huì)使應(yīng)力已經(jīng)松弛，因此該鑄錠中的應(yīng)力可能甚至更高。圖13中的 sigma指拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，tau指剪切應(yīng)力，LT指大致平行于長(zhǎng)度的 方向，ST指大致平行于厚度的方向。
將冷卻劑施加到鑄模的底部，以及在一些優(yōu)選實(shí)施例中側(cè)壁12、 14、 16和18上的絕熱，從而使得從模腔19的底部到頂部產(chǎn)生鑄件定 向凝固。優(yōu)選地，熔融金屬引入模腔19的速率以及冷卻速率將被控制， 從而維持任意給定時(shí)刻模腔19內(nèi)的熔融金屬為約0.1英寸(2.54mm) 到約1英寸(25.4mm)。在一些實(shí)施例中，熔融金屬和已凝固金屬之 間的固液兩相區(qū)也可以保持在大致均勻的厚度。定向凝固、均勻的溫 度、薄剖面的熔融金屬和固液兩相區(qū)的結(jié)果是基本上減少或消除T在' 觀偏析現(xiàn)象。
參見圖14，該圖顯示了另一種鑄模組件138。鑄模組件138包括 側(cè)壁140、 142、 144以及在剖4見圖中未顯示出并與側(cè)壁142相對(duì)的第四側(cè)壁。側(cè)壁140、 142、 144和未顯示出的側(cè)壁這四個(gè)側(cè)壁都是絕熱 的，優(yōu)選的絕熱材料采用石墨。鑄模138還包括底部146,并且底部 146優(yōu)選包括許多孔148 (見圖15),孔的直徑要足夠大，以允許諸 如空氣或水的典型冷卻劑通過(guò)，同時(shí)又要足夠小，從而防止熔融金屬 通過(guò)。孑L 148的優(yōu)選直徑約為1/64英寸到約1英寸。模腔150由側(cè)壁 140、 142、 144、第四個(gè)側(cè)壁和底部146限定而成，側(cè)壁144中限定有 狹槽，狹槽的邊緣152在圖14中可見。
熔融金屬進(jìn)料腔154由側(cè)壁156、 158、 160、第四個(gè)未顯示的側(cè) 壁和底部162限定而成。進(jìn)料槽164從熔融金屬爐延伸到直接在熔融 金屬進(jìn)料腔154上方的位置，流嘴166從進(jìn)料槽164延伸到熔融金屬 進(jìn)料腔154。
閘門168是H型結(jié)構(gòu)，具有一對(duì)豎直的狹槽閉合部件170和172， 狹槽部件170和172被水平部件174連接起來(lái)，而水平部件174限定 了穿過(guò)其的通道176。狹槽閉合部件170被構(gòu)造成可基本上封閉模腔 150側(cè)壁144中的狹槽，而閉合部件172則被構(gòu)造成可基本上封閉熔 融金屬進(jìn)料腔154側(cè)壁156中限定的狹槽。閘門168被構(gòu)造成可在下 位與上位之間滑動(dòng)，在下位時(shí)，通道176與模腔150的底部146相鄰， 而上位與模腔150頂部相應(yīng)。狹槽閉合部件170、 172被構(gòu)造成用于阻 止熔融金屬在任意時(shí)刻從側(cè)壁144、 156中限定的狹槽流過(guò)，而只是從 通道176流過(guò)，不管閘門168處于什么位置。
冷卻劑集流腔178設(shè)置于底部146的下方，冷卻劑集流腔178優(yōu) 選設(shè)置成可選擇地向底部146噴射空氣、水或空氣和水的混合物。
激光傳感器180設(shè)置在模腔150的上方，并且優(yōu)選被構(gòu)造成用于 監(jiān)測(cè)模腔150內(nèi)熔融金屬的水平面。
使用時(shí)，熔融金屬通過(guò)進(jìn)料槽164引入進(jìn)料腔154，然后熔融金 屬可通過(guò)通道176流入模腔150。隨著模腔150內(nèi)的熔融金屬水平面 上升，閘門168也提升，使熔融金屬總是從進(jìn)料腔154水平地直接流 動(dòng)到模腔150中已有熔融金屬的頂部。熔融金屬進(jìn)入模腔150的進(jìn)給 速率可以隨冷卻進(jìn)行而減慢，從而控制冷卻速率。另外，從冷卻劑集流腔178流出的冷卻劑隨著鑄造進(jìn)行將從空氣轉(zhuǎn)變?yōu)榭諝?水的混合物 直至全部為水，從而控制進(jìn)料腔150中熔融金屬的冷卻速率。由于冷 卻劑可以直接沖擊進(jìn)料腔150中的金屬，因此在鑄造過(guò)程中不需要移 開底部146。
圖16所示是本發(fā)明另一種實(shí)施例的鑄模的等軸測(cè)頂視圖，該圖顯 示了鑄模下方輸送帶的穿孔部分。圖16的所有元件都是與圖l所示相 同，并用相同附圖標(biāo)記表示。鑄才莫10包括四個(gè)側(cè)壁12、 14、 16、 18, 它們限定了模腔19。側(cè)壁12、 14、 16、 18優(yōu)選是絕熱的。底部20可 以由具有穿孔部分22和網(wǎng)狀部分24的輸送帶構(gòu)成。輸送帶20是連續(xù) 的，繞在輥?zhàn)?6、 28、 30和32上，這樣就可以有選擇性地將穿孔部 分22或網(wǎng)狀部分24置于側(cè)壁12、 14、 16和18的下方。輸送帶可以 用具有高的熱傳導(dǎo)率的剛性材料制造，例如銅、鋁、不銹鋼和Inconal 合金。
圖17所示是圖16中鑄模的部分截面等軸測(cè)頂視圖，該圖沿圖16 中的線16- 16截取。
圖18所示是圖16中鑄模的部分截面等軸測(cè)頂視圖，其中輸送帶 的網(wǎng)狀部分位于鑄模之下。
圖16、 17、 18與圖1、 2、 4類似，它們之間主要的不同在于圖1、 2和4分別顯示了鑄模下方的輸送帶的實(shí)心部分和網(wǎng)狀部分，而圖16、 17和18則分別顯示了鑄模下方的輸送帶的穿孔部分和網(wǎng)狀部分。
圖19A所示是一種三層的多層式鑄錠，該鑄錠用于一種在兩層 1050合金之間夾有2024合金的面板產(chǎn)品。這里，2024合金的液相線 溫度是1180華氏度，共晶溫度是935華氏度，而1050合金的液相線 溫度是1198華氏度，共晶溫度是1189華氏度。在本例中，在鑄造了 層厚0.75英寸的1050合金的第一覆層后，以0.7ipm (英寸/每分鐘) 的控制速率澆注3.5英寸厚的芯部合金2024，確保界面溫反上7H 1148華氏度和1189華氏度之間的值，芯部金屬鑄造完畢后，再澆注 0.75英寸厚的第二合金覆層，確保界面溫度上升到885華氏度和1180 華氏度之間的值。圖19B所示是圖19A中三層的多層式鑄錠在方框內(nèi)部分的2024 合金和1050合金之間界面的顯微照片，顯示出2024合金和1050合金 之間界面結(jié)合良好。
圖20A所示是三層的多層式鑄錠，該鑄錠用于一種在兩層4343 合金中夾有3003合金的釬焊板產(chǎn)品。這里，3003合金的液相線溫度 是1211華氏度，共晶溫度是1173華氏度，而4343合金的液相線溫度 是1133華氏度，共晶溫度是1068華氏度。在本例中，在鑄造了層厚 0.75英寸的4343合金的第一覆層后，以0.7ipm (英寸/每分鐘)的控 制速率澆注5.5英寸厚的芯部合金3003，確保界面溫度上升到1018 華氏度和1083華氏度之間的值，芯部金屬鑄造完畢后，再澆注0.75 英寸厚的第二合金覆層，確保界面溫度上升到1123華氏度和1211華 氏度之間的值。
圖20B所示是圖20A中三層的多層式鑄錠在方框內(nèi)部分的3003 合金和4343合金之間界面的顯微照片，顯示出3003合金和4343合金 之間的界面結(jié)合良好。
本發(fā)明中的多層鑄錠產(chǎn)品并不限于兩層或三層合金，也可以具有 超過(guò)三層合金。
因此，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)定向凝固鑄錠并以可控的且相 對(duì)恒定的冷卻速率冷卻鑄錠的設(shè)備和方法。本發(fā)明可以在無(wú)需應(yīng)力釋 放的情況下鑄造無(wú)裂紋鑄錠。本發(fā)明的方法減少或消除了鑄錠組織的 宏觀偏析，因此鑄錠具有均勻的微觀結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還能生產(chǎn)具有大致 均勻厚度的鑄錠，并且本發(fā)明生產(chǎn)的鑄錠可以比采用其它鑄造方法得 到的鑄錠更薄。與冷卻劑接觸的更大表面積可得到相對(duì)更快的冷卻， 從而提高產(chǎn)量。
雖然本發(fā)明對(duì)特殊的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 可以理解的是，在本發(fā)明公開的啟發(fā)下，可以對(duì)那些細(xì)節(jié)做出各種修 改和替代，因此，本發(fā)明的特殊的實(shí)例僅僅是為了進(jìn)行說(shuō)明，并不意 味著限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書中以及任意和所
有的等同來(lái)涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種多層鑄錠產(chǎn)品，包括基合金層和布置在該基合金層上的至少第一附加合金層；其中，該基合金層和第一合金層具有不同的合金成分，其中，當(dāng)基合金的表面溫度低于基合金的液相線溫度并高于基合金的共晶溫度-50攝氏度時(shí)，把熔融狀態(tài)的第一附加合金施加到基合金的表面上，第一附加合金層就直接與基合金層結(jié)合到了一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層鑄錠產(chǎn)品，該產(chǎn)品還包括第二附加 合金層。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，當(dāng)?shù)谝桓郊雍辖?的表面溫度在共晶溫度-50攝氏度與第一附加合金的液相線溫度之 間時(shí)，把熔融狀態(tài)的第二附加合金施加到第一附加合金層的表面上， 第二附加合金層就直接與第一附加合金層結(jié)合到了一起。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，基合金層和第二 附加合金層具有相同的成分。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，基合金層和第二 附加合金層具有不同的合金成分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn)品 是面板。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn)品 是釬焊板。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn)品 是面板。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn)品 是釬焊板。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，基合金層從由 lxxx合金，2xxx合金，3xxx合金，4xxx合金，5xxx合金，6xxx合金， 7xxx合金和8xxx合金構(gòu)成的合金組中選出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，第一附加合金 層是從由lxxx合金，2xxx合金，3xxx合金，4xxx合金，5xxx合金， 6xxx合金，7xxx合金和8xxx合金構(gòu)成的合金組中選出的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層鑄錠合金產(chǎn)品，該產(chǎn)品還包括第 三附加合金層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，當(dāng)?shù)诙郊雍?金的表面溫度在共晶溫度-50攝氏度與第二附加合金的液相線溫度 之間時(shí)，把熔融狀態(tài)的第三附加合金施加到第二附加合金層的表面上， 第三附加合金層就直接與第二附加合金層結(jié)合到了一起。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，第一合金層和 第三附加合金層具有相同的成分。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，第一合金層和 第三附加合金層具有不同的合金成分。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn) 品是面板。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn) 品是釬焊板。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn) 品是面板。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的多層鑄錠產(chǎn)品，其中，該多層鑄錠產(chǎn) 品是釬焊板。
20. —種鑄造金屬的方法，包括提供具有底部表面和四個(gè)側(cè)壁的鑄模，其中側(cè)壁內(nèi)限定了模腔， 第一熔融金屬入口構(gòu)造成用于引入第一熔融金屬，以使該第一熔融金 屬直接引入到鑄模的底部表面并隨后引入到模腔中已有金屬之上；通過(guò)所述入口將熔融金屬引入模腔；持續(xù)將熔融金屬引入到模腔中已有的金屬上，直至達(dá)到所需厚度；并且同時(shí)把冷卻介質(zhì)導(dǎo)引到基底的底部表面上；這樣熔融金屬就在其厚度方向被單向冷卻。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，第一熔融金屬入口被構(gòu) 造成豎直地引入第一熔融金屬，使其直接引到鑄模的底部表面并隨后 引入到模腔中已有金屬之上。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率與冷卻速率協(xié)調(diào)配合。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，冷卻速率約為0.5華氏 度/秒到約3華氏度/秒。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率隨著鑄造進(jìn)行而減慢。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，冷卻速率隨著鑄造進(jìn)行 從約3華氏度/秒減慢到約0.5華氏度/秒。
26. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率約為0.5英寸/分到約4英寸/分。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率隨鑄造進(jìn)行而減慢。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率隨鑄造進(jìn)行從約4英寸/分減慢到約0.5英寸/分。
29. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，冷卻介質(zhì)的施加速率隨 著鑄造進(jìn)行而提高。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，冷卻劑是通過(guò)噴射到基 底的底部表面或已凝固的金屬上而被施加的。
31. 根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，冷卻劑中的至少一種材 料是選自由空氣、水和空氣-水混合物構(gòu)成的組。
32. 根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中，鑄造初始使用空氣作為 冷卻劑，然后隨著鑄造進(jìn)行先改變?yōu)榭諝?水混合物，接著全部轉(zhuǎn)變?yōu)?水。
33. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法其中，鑄模的底部表面包括可移除部分；該方法還包括在鑄造開始時(shí)將可移除部分放置在鑄模側(cè)壁的下面；并且 當(dāng)模腔底部的金屬凝固后，移走可移除部分。
34. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法其中，鑄模的底部表面由具有穿孔部分和網(wǎng)狀部分的輸送帶構(gòu)成；并且該方法還包括鑄造開始時(shí)將實(shí)心部分放置在鑄模側(cè)壁的下面；并且 當(dāng)模腔底部的金屬凝固后，移動(dòng)輸送帶，以使網(wǎng)狀部分位于鑄模側(cè)壁的下面。
35. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，它還包括 提供構(gòu)造成用于向模腔內(nèi)引入第二熔融金屬的第二熔融金屬入口 ；將第一熔融金屬引入到模腔的底部；并且將第二熔融金屬引入到第一熔融金屬之上。
36. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法其中，鑄模的底部表面由具有穿孔部分和網(wǎng)狀部分的輸送帶構(gòu)成；并且該方法還包括鑄造開始時(shí)將穿孔部分放置在鑄模側(cè)壁的下面；并且 當(dāng)模腔底部的金屬凝固后，移動(dòng)輸送帶，以使網(wǎng)狀部分位于鑄模 側(cè)壁的下面。
37. —種用于鑄造熔融金屬的鑄模，該鑄模包括 多個(gè)側(cè)壁，它們限定了模腔；底部；布置成與其中一個(gè)側(cè)壁相鄰的至少一個(gè)金屬進(jìn)料腔； 位于進(jìn)料腔和模腔之間的至少一個(gè)閘門，該閘門構(gòu)造成用于控制被引入模腔的熔融金屬的流量，其中，所述底部由輸送帶構(gòu)成，該輸送帶具有開口部分和網(wǎng)狀部分，開口部分具有多個(gè)等效直徑約1/64英寸到l英寸的開口。
38. —種用于鑄造熔融金屬的鑄模，該鑄模包括多個(gè)側(cè)壁，它們限定了模腔； 底部；布置成與其中一個(gè)側(cè)壁相鄰的至少一個(gè)金屬進(jìn)料腔； 位于進(jìn)料腔和模腔之間的至少一個(gè)閘門，該閘門構(gòu)造成用于控制被《1入模腔的熔融金屬的流量，其中，所述底部包括固定部分和可移除部分，固定部分包含多個(gè)等效直徑約1/64英寸到l英寸的開口。
39. —種鑄造金屬的方法，包括提供具有底部表面和四個(gè)側(cè)壁的鑄模，側(cè)壁限定了模腔，第一熔 融金屬入口構(gòu)造成用于引入第 一熔融金屬，以使熔融金屬水平并直接 地引入到鑄模的底部表面并隨后引入到模腔中已有金屬之上；通過(guò)所述入口將熔融金屬引入模腔；持續(xù)將熔融金屬引入到模腔中已有的金屬上，直至達(dá)到所需厚度；并且同時(shí)把冷卻介質(zhì)導(dǎo)引到基底的底面上；這樣熔融金屬就在其厚度 方向,皮單向冷卻。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率與冷卻速率協(xié)調(diào)配合。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，冷卻速率約為0.5華氏 度/秒到約3華氏度/秒。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率隨著鑄造進(jìn)行而減慢。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的方法，其中，冷卻速率隨著鑄造進(jìn)行 從約3華氏度/秒減慢到約0.5華氏度/秒。
44. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率約為0.5英寸/分鐘到約4英寸/分鐘。
45. 根據(jù)權(quán)利要求44所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的 速率隨著鑄造進(jìn)行而減慢。
46. 根據(jù)權(quán)利要求45所述的方法，其中，將熔融金屬引入模腔的速率隨著鑄造進(jìn)行從約4英寸/分鐘減慢到約0.5英寸/分鐘。
47. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中，冷卻介質(zhì)的施加速率隨 著鑄造進(jìn)行而加快。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，冷卻劑是通過(guò)噴射到基 底的底面或已凝固的金屬上而施加的。
49. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，冷卻劑中的至少一種材 料是選自由空氣、水和空氣-水混合物構(gòu)成的組。
50. 根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中，鑄造初始使用空氣作為 冷卻劑，然后隨著鑄造進(jìn)行先改變?yōu)榭諝?水混合物，接著全部改變?yōu)?水。
51. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法其中，鑄模的底部表面包括可移除部分；并且該方法還包括 在鑄造開始時(shí)將可移除部分放置在鑄模側(cè)壁的下面；并且 當(dāng)模腔底部的金屬凝固后，移走可移除部分。
52. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法其中，鑄模的底部表面由具有穿孔部分和網(wǎng)狀部分的輸送帶構(gòu)成；并且該方法還包括鑄造開始時(shí)將實(shí)心部分放置在鑄模側(cè)壁的下面；并且 當(dāng)模腔底部的金屬凝固后，移動(dòng)輸送帶，以使網(wǎng)狀部分位于鑄模 側(cè)壁的下面。
53. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，它還包括 提供構(gòu)造成用于向模腔內(nèi)引入第二熔融金屬的第二熔融金屬入d ;將第一熔融金屬引入到模腔的底部；并且 將第二熔融金屬引入到第一熔融金屬之上。
54. —種用于鑄造熔融金屬的鑄模，該鑄模包括 多個(gè)側(cè)壁，它們限定了模腔；底部；與其中一個(gè)側(cè)壁相鄰的至少一個(gè)金屬進(jìn)料腔； 位于進(jìn)料腔和模腔之間的至少一個(gè)閘門，該閘門構(gòu)造成用于控制 被S1入模腔內(nèi)的熔融金屬的流量。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，閘門還包括 可旋轉(zhuǎn)地安裝的圓柱狀部件，其限定了外圓周和圍繞該外圓周限定的螺旋槽，布置在圓柱狀部件兩側(cè)并與圓柱狀部件鄰接并與圓柱狀部件接觸 的壁；并且圓柱狀部件和壁被構(gòu)造成使得熔融金屬可以通過(guò)與兩壁中的一個(gè) 相鄰的一部分螺旋狀通道流動(dòng)，而不能從閘門的任何其它部分通過(guò)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，閘門是在鑄模的一個(gè)壁 內(nèi)限定的狹槽。
57. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中熔融金屬進(jìn)料腔包括多個(gè)壁，其中的一個(gè)壁限定了基本豎直的狹模腔的一個(gè)壁限定了基本豎直的狹槽，該狹槽與熔融金屬進(jìn)料腔 的壁內(nèi)限定的狹槽相應(yīng)；閘門包括大致呈H形的閘門部件，該閘門部件具有一對(duì)由基本水 平的部件連接起來(lái)的基本豎直的狹槽閉合翼板，其中水平部件限定了 穿過(guò)其的通道，閘門被構(gòu)造成用于阻止熔融金屬流過(guò)進(jìn)料腔壁中的狹 槽和模腔壁中的狹槽，而只能流過(guò)所述通道，閘門可在所述通道與模 腔壁中狹槽的底部相鄰時(shí)的下位和所述通道與模腔壁中狹槽的頂部相 鄰的上位之間滑動(dòng)。
58. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，所述底部由具有開口部 分和網(wǎng)狀部分的輸送帶構(gòu)成，開口部分具有多個(gè)等效直徑約1/64英寸 到l英寸的開口。
59. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，所述底部由布構(gòu)成，布 之下布置有基底，該基底可在第一位置和第二位置之間移動(dòng)，其中在 第一位置時(shí)基底直接處于布的下方，在第二位置時(shí)基底離開布一段距離足以使噴射箱可以放置在布和基底之間。
60. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，所述底部包括固定部分 和可移除部分，固定部分包含多個(gè)等效直徑約1/64英寸到1英寸的開 口 。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的鑄模，其中，固定部分限定了構(gòu)造成 用于接收可移除部分的插槽。
62. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的模腔，其中，所述底部包括具有多個(gè) 孔的基底，孔足夠大以便允許冷卻介質(zhì)從中流過(guò)，又足夠小從而阻止 熔融金屬流過(guò)。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的模腔，其中，孔的直徑在約l/64英 寸到約l英寸之間。
64. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，它還包括設(shè)置在所述底部之下 的冷卻劑集流腔。
65. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，其中，冷卻劑集流腔構(gòu)造成用 于可選擇地往所述底部噴射空氣、水或空氣和水的混合物。
66. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的鑄模，該鑄模還包括與鑄模側(cè)壁的至 少一個(gè)相鄰的至少一對(duì)熔融金屬進(jìn)料腔，每個(gè)進(jìn)料腔都有與之關(guān)聯(lián)的 閘門，并且與每個(gè)進(jìn)料腔相關(guān)聯(lián)的閘門被獨(dú)立于其它進(jìn)料腔相關(guān)聯(lián)的 閘門進(jìn)行控制，從而控制熔融金屬供入鑄模的速率。
全文摘要
熔融金屬以可控的速率按照水平或豎直方向從進(jìn)料腔均勻地注入鑄模，并直接流到鑄模中已有金屬的頂部。冷卻介質(zhì)施加到基底的底面上，在鑄造過(guò)程中，冷卻介質(zhì)的類型和流量發(fā)生改變，以產(chǎn)生可控的冷卻速率。注入熔融金屬的速率和冷卻介質(zhì)的流量都是被控制的，以便鑄模內(nèi)達(dá)到相對(duì)均勻的凝固速率，從而在鑄件內(nèi)生成均勻的微觀組織結(jié)構(gòu)以及低應(yīng)力。本發(fā)明還提供了多層鑄錠產(chǎn)品，該種鑄錠產(chǎn)品包括基合金層和至少第一附加合金層，這兩種合金層具有不同的合金成分，當(dāng)基合金的表面溫度低于其液相線溫度并高于其共晶溫度-50攝氏度時(shí)，通過(guò)將熔融狀態(tài)的第一合金施加到基合金的表面，第一附加合金層就被直接結(jié)合在了基合金層上。
文檔編號(hào)B22D7/06GK101287562SQ200680030386
公開日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2006年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者A·吉羅恩, H.俞, J·J·肖, K·J·卡拉厄, M.G.朱 申請(qǐng)人:美鋁公司