[發(fā)明專利]多模式電磁場均質化金屬連鑄坯的制備方法及其裝置

有效

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• 申請日: 2017-04-11
• 公開（公告）號: CN107008873B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發(fā)明（設計）人: 鐘云波;翟雍;賀瓊
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: B22D11/115
• 分類號: B22D11/115;B22D11/14
• 代理公司: 31205 上海上大專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 顧勇華

本發(fā)明公開了一種多模式電磁場均質化金屬連鑄坯的制備方法及其裝置，在銅合金水平連鑄坯前方的金屬液中施加復合的旋轉磁場和交變磁場，形成復雜的混沌流動，來使固液界面前沿的成分和溫度均勻，降低溫度梯度，打碎枝晶尖端，進而形成晶核增殖和內生形核條件，細化和均質化連鑄坯。而利用交變磁場的熱效應可以消除連鑄結晶器內壁快速冷卻形成的激冷層，從而消除產生逆偏析的枝晶通道，進一步實現(xiàn)連鑄坯成分的均勻化。本發(fā)明還提供一種多模式電磁場均質化銅合金水平連鑄坯的裝置，適用于各種具有嚴重偏析傾向特別是逆偏析傾向合金的連鑄坯的均質化。

技術領域

本發(fā)明涉及一種連鑄工藝及其裝置，特別是涉及一種電磁連鑄工藝及其裝置，應用于金屬凝固組織控制技術領域。

背景技術

Cu-Ni-Sn合金是一種彈性合金，具有良好的時效強化能力。Cu-Ni-Sn合金在固溶，時效熱處理之后，擁有高的強度、硬度、彈性、可焊性、優(yōu)良的抗熱應力松弛性能、好的導電穩(wěn)定性及優(yōu)良的工藝性能。因此，Cu-Ni-Sn合金廣泛應用于醫(yī)療、航天航海導航儀器、機械制造、電子電力和儀表制造等行業(yè)。最常見的彈性合金是鈹青銅，它是一種優(yōu)質的彈性材料，但是鈹?shù)难趸锘蛘叻蹓m有毒，在制造過程中會對人體或者環(huán)境造成不良影響。與鈹青銅相比，Cu-Ni-Sn合金生產成本低、無毒且具有較高的熱穩(wěn)定性和高溫強度，因此是一種很有發(fā)展前途的高導電高彈性合金，可用于部分替代鈹青銅制造精密儀器、儀表的彈性元件。

采用傳統(tǒng)的連鑄工藝時，由于Cu-Ni-Sn合金的凝固溫度區(qū)間很大，很容易形成發(fā)達的枝晶，凝固過程中樹枝晶產生收縮，形成可供富錫液相流動的枝晶間通道，富錫液相在枝晶間通道的回流將造成嚴重的宏觀逆偏析。Cu-Ni-Sn合金連鑄時，鑄錠表面由于形成嚴重的逆偏析，導致錫含量顯著高出平均含量，嚴重時還將導致“錫汗”。這種宏觀逆偏析的形成，會嚴重影響后續(xù)的材料加工過程，在后續(xù)的軋制，擠壓等工藝過程中由于中心和邊部的成分不均勻，很容易產生軋制裂紋等缺陷。長時間的均勻化退火甚至都無法消除這種嚴重的逆偏析，同時還會延長合金的生產周期，嚴重影響合金的生產效率。此外，長時間的退火也會增加能耗，增加合金的生產成本。逆偏析嚴重時，甚至要車銑掉表面嚴重的逆偏析層，造成材料的浪費。因此，解決銅鎳錫合金的逆偏析問題一直是銅加工領域亟待解決的行業(yè)難題。目前抑制連鑄坯反偏析的方法主要有：快速凝固法，電磁攪拌等。快速凝固法包括熔體紡絲法、噴射沉積法等。采用熔體紡絲法制備Cu-Ni-Sn合金在高冷卻速度下，合金元素的不均勻性大大降低，制得的合金枝晶間距僅為5μm。應用噴射沉積的方法來制備Cu-Ni-Sn合金，制得的合金組織為細小的等軸晶粒，錫的含量分布比較均勻，由于細晶強化和固溶強化，硬度和力學性能得到大幅度的提高。應用快速凝固的方法雖然一定程度上能改善偏析，但由于傳熱速度存在限制，無法獲得大尺寸的材料，同時成本高，生產效率低，無法實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產。電磁攪拌應用于合金的連鑄過程中，雖然能夠改變枝晶的生長甚至獲得非樹枝晶組織，得到中心位置成分較為均勻的合金，但是靠近結晶器的強冷區(qū)域，由于冷卻速度較快，電磁攪拌對枝晶間的液體的攪拌效果甚微，無法解決邊部的逆偏析，甚至還會加劇逆偏析的程度。因此如何解決Cu-Ni-Sn合金以及具有相似凝固特性的其他合金連鑄過程中的逆偏析問題，仍然是亟待解決的技術問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服已有技術存在的不足，為了解決現(xiàn)有技術問題，提供一種多模式電磁場均質化金屬連鑄坯的制備方法及其裝置，在金屬凝固過程中，采用多模式電磁場對金屬連鑄坯進行均質化處理，通過改變連鑄過程中連鑄坯凝固界面處合金的散熱方式，消除徑向枝晶和表面激冷層的形成，同時利用多模式電磁場產生的復雜流動，消除固液界面前沿的成分過冷以及成分的宏觀偏析，打碎枝晶，并形成晶核增殖以及形成內生生長條件，進而可以獲得全等軸晶的連鑄坯，實現(xiàn)銅合金連鑄坯的均質化。

為達到上述目的，本發(fā)明的構思如下：