[發(fā)明專利]用于鋁合金復(fù)合鑄錠的包覆鑄造裝置和包覆鑄造方法

有效

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• 申請日: 2013-01-21
• 公開（公告）號: CN103100700A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張海濤;崔建忠;秦克
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: B22D19/16
• 分類號: B22D19/16;B22D11/04
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱;范象瑞

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬鑄造，特別是一種用于半連續(xù)鑄造鋁合金復(fù)合鑄錠的包覆鑄造裝置和利用該裝置進(jìn)行鋁合金包覆鑄造的方法。

背景技術(shù)

眾所周知，汽車熱交換系統(tǒng)包括空調(diào)器、水箱散熱器、油冷卻器、中間冷卻器和加熱器等，因其位于汽車前端，經(jīng)受雨水、路面揮發(fā)的鹽分、汽車排出的廢氣、砂粒、灰塵和泥漿等的污染和承受反復(fù)冷熱循環(huán)及周期性振動，對這些熱交換器在選材、防腐蝕和接合技術(shù)等方面有嚴(yán)格的要求。傳統(tǒng)的熱交換系統(tǒng)采用銅材制造，然而隨著汽車輕量化進(jìn)程的加速及對節(jié)能減排、降低油耗、提高燃油效率、減輕環(huán)境污染等要求指標(biāo)的提高，同時由于制造技術(shù)與裝配技術(shù)的進(jìn)步，使鋁材逐漸取代銅材成為制造這些汽車熱交換系統(tǒng)零部件的用材。

然而，為滿足這一需要，很難找到一種鋁合金材料既耐蝕又能夠進(jìn)行釬焊，而采用由3XXX和4XXX兩種鋁合金構(gòu)成的復(fù)合材料卻能較好地滿足這一要求。目前，3XXX/4XXX鋁合金復(fù)合材料主要是以箔材的形式出現(xiàn)，當(dāng)需要以管材形式出現(xiàn)的該復(fù)合材料時，一般采取芯材為3XXX鋁合金，皮材為4XXX鋁合金，利用前者優(yōu)良的耐蝕性，管內(nèi)可以通冷卻液體，利用后者的良好的釬焊性，可以進(jìn)行復(fù)雜形狀的構(gòu)建。

目前，生產(chǎn)3XXX/4XXX鋁合金復(fù)合管材的方法主要有焊接法和擠壓法兩種。焊接法就是用復(fù)合板做成管型進(jìn)行焊接，這種方法的缺點是有焊縫，在某些情況下不能使用；擠壓法是通過擠壓將兩種合金焊合在一起，這種工藝難度大，且成材率低。為克服這兩種方法的缺點，最好的方法是先獲得復(fù)合鑄錠，然后再進(jìn)行擠壓，這樣，不僅會大大降低工藝難度，而且可提高成材率。但目前針對鋁和鋁合金復(fù)合鑄錠，技術(shù)上還比較困難。

另外，在其它領(lǐng)域，鋁和鋁合金復(fù)合材料也有很多用途，典型的如鋁鋰合金。由于鋰元素具有化學(xué)活潑的特性，在鑄造過程中易與水反應(yīng)，使其表面氧化，質(zhì)量不好，并且失鋰嚴(yán)重，皮下貧鋰層很厚，大大增加了加工時的銑面量。另外，鑄錠在均勻化過程中同樣會有表面失鋰嚴(yán)重的問題，從而使鋁鋰合金在軋制過程中只能采用包鋁軋制。因此，對于鋁鋰合金來說，如果能在鑄錠表面包覆一層純鋁是解決上述問題的好辦法。

再有，如目前裝潢行業(yè)所需要的裝飾板和燈光反光板，特別是燈光反光板，經(jīng)常需用高純鋁制做。但高純鋁成本太高，考慮到它的使用僅僅是表層起反光作用，如果能在工業(yè)純鋁的表面復(fù)合一層高純鋁就可以很好地解決使用高純鋁反光板成本高的問題。

目前，通過鑄造生產(chǎn)鋁合金復(fù)合鑄錠的方法很多，其中最為典型的是美國Novelis公司所使用的復(fù)合鑄造法（Fusion^TM法）。這些方法都是生產(chǎn)三明治型（ABA型）復(fù)合鑄錠，不能滿足上述鋁和鋁合金包覆鑄錠的要求。

對于鋁合金包覆鑄造，目前公開報道的都是采用固液復(fù)合的包覆鑄造方法，即構(gòu)成復(fù)合鑄錠的雙金屬中有一種（一般為芯材）在復(fù)合鑄造前是以固態(tài)形式出現(xiàn)，利用包覆鑄造設(shè)備將另一液態(tài)形式的金屬包覆在被加熱的固態(tài)金屬表面，冷卻后得到所需復(fù)合鑄錠。這些包覆鑄造方法不但增加了工藝流程，而且存在一致命缺陷：固態(tài)形式的金屬在預(yù)先加熱時表面會被氧化，從而使復(fù)合鑄錠界面處氧化物非常多，直接影響復(fù)合鑄錠雙金屬界面冶金結(jié)合層的形成，界面結(jié)合不牢固，導(dǎo)致產(chǎn)品成材率降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述需求和現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷提供一種專用于鋁合金復(fù)合鑄錠的包覆鑄造裝置和包覆鑄造方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于鋁合金復(fù)合鑄錠的包覆鑄造裝置由芯材結(jié)晶器和皮材結(jié)晶器組成；所述芯材結(jié)晶器由石墨內(nèi)套和水冷銅套構(gòu)成，石墨內(nèi)套鑲嵌在水冷銅套內(nèi)；其中皮材結(jié)晶器由石墨環(huán)、水冷鋁套和熱頂構(gòu)成，石墨環(huán)鑲嵌在水冷鋁套內(nèi)，水冷鋁套內(nèi)壁下端有冷卻水眼，熱頂由保溫材料制成的儲液箱構(gòu)成，安裝在水冷鋁套和石墨環(huán)的上方，熱頂?shù)撞坑型ㄏ蛲獠康牧鞯篮脱刂苓吘鶆蚍植肌⑼ㄏ蛐静慕Y(jié)晶器的分流孔；芯材結(jié)晶器位于皮材結(jié)晶器內(nèi)側(cè)的上方，其內(nèi)鑲嵌石墨內(nèi)套的水冷銅套坐落在皮材結(jié)晶器的熱頂內(nèi)壁的底邊上。

利用上述鋁合金包覆鑄造裝置進(jìn)行鋁合金包覆鑄造的方法是：先將芯材熔體從澆口澆注到芯材結(jié)晶器中，同時通過流道將皮材熔體注入帶分流的熱頂?shù)膬σ合渲校淮静娜垠w在芯材結(jié)晶器冷卻水冷卻下形成一定厚度的凝固殼時，啟動鑄造機(jī)，使皮材熔體通過熱頂?shù)撞康姆至骺坠┝鳎c芯材熔體形成的凝固殼相接觸，通過合金元素擴(kuò)散形成具有冶金結(jié)合的界面；隨著鑄錠的連續(xù)進(jìn)行，到達(dá)預(yù)定高度時停止供流，冷卻后獲得芯材鑄錠外包覆一定厚度皮材鑄錠的復(fù)合鑄錠。