專利名稱：復層材料的電磁連續鑄造方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料制備領域，特別涉及到復層材料的電磁連續鑄造方法。
背景技術：
不同側面具有不同性能的金屬復層材料是軍工、航空航天、勘探、民用等領域急需的材料，也是近年來國家新材料發展規劃的優先項目。復層金屬材料常用機械或化學的方法將不同性能的金屬材料(固-固，固-液)復合到一起，如機械壓力壓合、爆破復合、固-液包熔復合等。但是目前的制造方法生產的復層金屬材料不可避免地存在界面，在隨后的軋制和機械加工過程中，由于應力集中，很容易在界面處出現裂紋，引起材料破壞。
目前生產方法主要有(1)爆破沖擊合金法是將兩種固體金屬板材用爆破的方法融合到一起，得到兩側面性能不同的復層材料。此方法制備復層材料存在固-固界面，且生產效率低。
(2)包覆鑄造成形法將預先制備好的高熔點金屬件經過表面處理后放置于鑄型中，預熱到合適的溫度后澆入熔點較低的金屬，通過兩者的擴散融合形成整體鑄件；包覆鑄造成形法的典型代表是用于復合軋輥成形的連續澆注包覆法。其原理是將芯材部分融合，并順序向上凝固，將凝固部分連續向下拉拔，實現包覆層連續鑄造成形。這種方法是日本山本厚生首先提出的，已獲得工業化生產應用。用于高速鋼復合軋輥成形，具有生產工藝簡單，軋輥性能良好，生產成本低等優點。但是包覆鑄造成形法主要用于生產線材，且要求對預制件進行嚴格的表面處理，以保證性能良好的結合界面。
(3)雙流澆注法兩種金屬分別在不同的熔化設備中進行熔煉，同時或間隔一定時間澆入鑄型。雙流澆注法避免了上述問題，實現了從液態開始先后凝固的復合鑄件。目前，主要有三種方法實現了雙流鑄造雙流澆注半連鑄工藝，雙結晶器連鑄工藝和電磁制動制備金屬復層材料連鑄工藝。其中，電磁制動制備金屬復層材料連鑄工藝是一種新的制造復合坯的先進方法。
20世紀90年代中期，日本的Takeuchi和Tanaka等人利用電磁制動的工藝制作出了內外層為不同材料的復層鋼坯。該工藝利用在結晶器寬度方向上的水平磁場，通過磁場對流動粒子產生的洛侖茲力對金屬液流動施加作用，從而阻止兩種金屬液的混合，生產出界面清晰的復層鑄坯。
1998年公開的JP平1-271042專利提出在結晶器底部施加直流電磁場的方法。該方法采用電磁連鑄法生產內外分層的復層材料，在結晶器寬度方向上施加水平電磁場，抑制了兩種金屬液的混合，生產出了界面清晰的復層鑄坯。但是，該法生產復層鑄坯存在兩個問題，一是金屬液面波動大，澆注的表面質量不佳；二是只能制備內外層不同的鑄坯。
綜上所述，現有制造兩側面性能不同的復層材料所使用的爆破法、包覆法等存在的問題是生產效率低、工藝復雜、結合界面不穩定，給大規模生產帶來了問題。
發明內容
本發明的目的是提供一種復層材料的電磁連續鑄造方法，用該方法可以生產出表面光潔、兩側面性能不同的復層鑄坯。在連續鑄造熔融金屬的過程中，同時澆注兩種不同成分的熔融金屬；將直流電磁場或永久磁鐵固定于鑄模下端，對鑄坯液池內的熔融金屬的混流施加阻力。
實現本發明的技術方案為(1)本發明采用水冷銅(或金屬)結晶器。
(2)在鑄造開始前，將直流電磁場或永久磁鐵固定于鑄模下端，金屬底模置于結晶器內部。
(3)連續鑄造時，開啟磁場電源，磁場強度為0.1-0.4T，將兩種預先熔化好的金屬液通過兩個直澆道同時澆注進結晶器中，開動拉坯裝置，實現復層鑄坯的連續鑄造。
本發明的效果和益處是顯著降低了復層材料的生產成本，工藝過程簡單。用兩種金屬液直接澆注出鑄坯，既保證了良好的結合界面，又形成了梯度層，而且可以大批量地連續鑄造生產。
附圖是復層材料電磁連續鑄造原理示意圖。
圖中(1)水冷結晶器，(2)直流電磁場，(3)底模，(4)中間包I，(5)中間包II，(6)直澆道，(7)合金液i，(8)合金液ii，(9)復層鑄坯.
具體實施例方式
以下結合附圖，詳細說明本發明的具體實施方案。
以用直流電磁場制備200mm×400mm的Al-12.3％Si和Al-8％Mg合金的復層材料為例，具體步驟如下步驟1裝置準備實驗采用直流磁場(2)的磁場強度范圍在0.1-0.4T內，本次實驗采用0.3T的直流磁場，施加在水冷結晶器(1)的底部(線圈下底面與結晶器下底面平行)，線圈內側與結晶器外測底距離是5-10mm，內部尺寸是200mm×400mm×600mm。
步驟2金屬坯料熔化將等重量的Al-12.3％Si(7)和Al-8％Mg(8)合金分別熔化至860K，除渣后倒入中間包(4)、(5)中待用。
步驟3復層材料的電磁連續鑄造將底模(3)置入結晶器(1)內的空腔，檢查冷卻系統并保證其處于正常工作狀態后，將830-835K的金屬液通過直澆道(6)澆注入鑄型內，液面控制在距結晶器(1)頂端10-20mm，允許誤差為±10％。啟動直流電磁場(2)發生器電源，并以0.48m/s的速度拉動底模(3)。隨著金屬液的不斷澆入和底模(3)的下移，始終將液面控制在要求允許的范圍內；當鑄造復層坯(9)達到要求長度時，停止澆注金屬液，切斷電源，關閉冷卻系統，停機。
步驟4質量檢查將鑄坯(9)按100mm長度切斷，將端面拋光、腐蝕后觀察金相組織。同種工藝條件下，不施加直流電磁場(2)的鑄坯兩種金屬液混合到了一起，而施加直流電磁場的鑄坯(9)兩側分別為Al-12.3％Si和Al-8％Mg。，明顯有清晰的界面。
權利要求
1.一種復層材料的電磁連續鑄造方法，其特征是通過將兩種不同成分熔融的金屬液同時連續澆注入水冷結晶器(1)的空腔內，在鑄造開始前，將直流電磁場或永久磁鐵固定于鑄模下端，金屬底模置于結晶器內部，并在水冷結晶器(1)外測施加直流電磁場(2)，控制兩種金屬熔體(7)、(8)的混流，得到左右兩側面成分不同的復層鑄坯(9)；連續鑄造時，開啟磁場電源，在水冷結晶器(1)外側施加磁場強度是0.1-0.4T的直流電磁場(2)控制兩種金屬液的混流；將兩種預先熔化好的金屬液通過兩個直澆道同時澆注進結晶器中，開動拉坯裝置，實現復層鑄坯的連續鑄造。
全文摘要
一種復層材料的電磁連續鑄造方法屬于金屬材料制備領域。本發明的技術特征是同時向連鑄結晶器內澆注兩種不同成分的金屬液，在水冷結晶器外側施加直流電磁場控制兩種金屬液的混流，直接連續鑄造出左右兩側面具有不同成分的復層鑄坯。本發明的特點是工藝過程簡單，顯著降低了復層材料的生產成本；由于兩種金屬液是直接鑄造形成復層材料，不存在一般復層材料的界面問題，所以制備的鑄件質量好。本發明方法在軍工、核工業、高溫耐蝕、民用及石油化工等領域有廣闊的應用前景。
文檔編號B22D11/049GK1413782SQ02144610
公開日2003年4月30日 申請日期2002年11月22日 優先權日2002年11月22日
發明者李廷舉, 金俊澤, 李玉亭, 姚山, 溫斌 申請人:大連理工大學