[發明專利]超聲晶粒細化

有效

• 申請號: 201680020872.1
• 申請日: 2016-02-09
• 公開（公告）號: CN107848024B
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發明（設計）人: Q.韓;L.邵;C.徐
• 申請（專利權）人: 漢斯科技有限責任公司
• 主分類號: B22D11/04
• 分類號: B22D11/04;B22D11/22;C22B9/22
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

一種熔融金屬處理裝置，包括用于沿其縱向長度接收和輸送熔融金屬的熔融金屬容納結構。裝置還包括用于容納結構的冷卻單元，其包括用于在其中的液體介質通路的冷卻通道，以及超聲探頭，其關于冷卻通道設置，使得超聲波經由冷卻通道中的液體介質和經由熔融金屬容納結構耦合至熔融金屬。

聯邦政府資助研發的聲明

本發明利用國家自然基金授予的撥款號IIP 1058494的政府資助制作。政府對本發明有一定權利。

技術領域

本發明涉及一種用于生產具有受控粒徑的金屬鑄件的方法、用于生產金屬鑄件的系統、以及由金屬鑄件獲得的產品。

背景技術

冶金領域中已經花費了很大的努力來開發將熔融金屬鑄造成連續金屬棒或鑄造產品的技術。成批鑄造和連續鑄造兩者得到了較好發展。盡管行業中主要使用了這兩者，但連續鑄造存在優于成批鑄造的許多優點。

在金屬鑄造的連續生產中，熔融金屬從保溫爐進入一系列流槽，且進入其鑄造成金屬條的圓盤澆鑄機的模具中。凝固的金屬條從圓盤澆鑄機除去，且引導到輥軋機中，在該處其軋制成連續的棒。取決于金屬棒產品和合金的預期最終使用，棒可在軋制期間經歷冷卻，或棒可在從輥軋機流出后立即冷卻或驟冷，以給予其期望的機械和物理性質。諸如授予Cofer等人的美國專利號3,395,560(其全部內容通過引用并入本文中)中描述那些的技術已經用于連續處理金屬棒或條產品。

授予Jackson等人的美國專利號3,938,991(其全部內容通過引用并入本文中)示出了在鑄造產品時純金屬產品的鑄造中存在的一直認識到的問題。純金屬鑄件的此用語表示由針對特定傳導性或抗拉強度或延性設計的主要金屬元素形成的金屬或金屬合金，而不包括出于晶粒控制目的加入的單獨的雜質。

晶粒細化是新形成的相的晶體尺寸通過化學或物理/機械手段減小的過程。晶粒細化劑通常加入熔融金屬中，以在凝固過程或液相到固相轉變過程期間顯著減小凝固結構的粒徑。

實際上，授予Boily等人的WIPO專利申請WO/2003/033750(其全部內容通過引用并入本文中)描述了晶粒細化劑的具體使用。'750申請在其背景段中描述了在制鋁行業中，不同的晶粒細化劑大體上結合到鋁中來形成母合金。用于鑄鋁中的典型母合金包括1%到10%的鈦，以及0.1%到5%的硼或碳，其余基本上由鋁或鎂構成，其中TiB₂或TiC的顆粒分散到鋁基質的各處。根據'750申請，含有鈦和硼的母合金可通過將所需量的鈦和硼溶解在鋁熔體中來產生。這通過在超過800℃的溫度下使熔融鋁與KBF₄和K₂TiF₆反應來達成。這些復雜的鹵鹽與熔融的鋁很快反應，且將鈦和硼提供至熔體。

'750申請還描述了從2002年起，該技術由幾乎所有晶粒細化劑制造公司用于生產商業母合金。現今仍在使用通常稱為成核劑的晶粒細化劑。例如，Tibor母合金的一個商業供應商描述了鑄造結構的緊密控制是生產高質量鋁合金產品的主要要求。

在本發明之前，認為晶粒細化劑是提供細且均勻的鑄態晶粒結構的最有效方式。以下參考文獻(其所有內容通過引用并入本文中)提供了該背景工作的細節：

Abramov, O.V., (1998), “High-Intensity Ultrasonics,” Gordon andBreach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands,pp. 523-552.

Alcoa, (2000), “New Process for Grain Refinement of Aluminum,” DOEProject Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000.