一種包復材料一次鑄造連續成形設備與工藝制造技術

本發明專利技術提供了一種包復材料一次鑄造連續成型設備與工藝，由結晶器、芯部金屬液澆注管、控溫坩堝、加熱元件、測溫儀、牽引機構、二次冷卻裝置組成；外層金屬結晶器和芯部金屬液澆注管沿引錠方向配置于同一軸線上；芯部金屬液澆注管上端緊密與芯部金屬控溫坩堝連接，芯部金屬液澆注管的下端伸入外層金屬中，由芯部金屬液澆注管隔離外層和芯部金屬液，形成外層金屬的型芯，澆注芯部金屬液。其優點在于：可以一次鑄造連續成型包復材料。（*該技術在2021年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術提供了一種用于外層金屬熔點高于芯材金屬熔點的包復材料一次鑄造連續成形的方法及其關鍵技術。隨著科學技術的發展，冶金、石油、化工、航空航天、交通運輸、建筑等各個領域對材料的使用要求越來越高，在許多情況下單一材料難以滿足實際使用對性能的要求，將具有不同性能的材料復合在一起，以提高其綜合使用性能的復合材料日益受到重視，是21世紀材料領域的重要研究方向之一。到目前為止，將兩種或兩種以上的材料復合成一體的、適合于大規模工業生產的方法主要有機械法、塑性變形法、冶金法。機械法又分鑲套、液壓擴管、拉拔(見日本伸銅學會編，銅ぉょび銅合金の基礎と工業技術，(1988)，p.190-192)等方法，其特點為各復合層的界面為機械結合、界面結合強度低，且不適合于長尺寸包復材料的制備；塑性變形法(見陳勇富等，輕合金加工技術，Vol.24，No.11(1996)，p.3；魏月貞，復合材料，機械工業出版社，(1987)，p.146)雖可實現治金結合(或稱金屬學結合)，但要獲得無氧化皮、無夾雜、完全清潔的復合界面往往十分困難，而且塑性變形法的生產工藝一般很復雜、復合材料生產成本高。冶金方法有反向凝固法、包覆層連鑄法、多層復合材料一次鑄造成形法，反向凝固法(見許中波，特殊鋼，18卷增刊，p.15)是包覆層金屬液附在內部固體金屬凝固，此方法有利于凝固補縮和鑄軋輥的軋制，但為了保證包覆層與母帶界面良好復合，除控制母帶浸入時間、包覆層金屬過熱度、母帶原始厚度關鍵工藝參數外，還需要對母帶進行預處理堿液去油→清水漂洗→酸洗去鐵銹→清水漂洗→稀鹽酸處理→熔劑化處理，如果界面預處理效果不好，或者預處理后因不能馬上使用又被氧化或污染，界面將無法良好復合。包覆層連鑄法(見山本厚生，日本昭57-196464專利)是包覆層金屬液附在內部固體金屬凝固，此方法有利于包覆層金屬液的凝固補縮，為了保證包覆層與芯棒界面良好復合，除控制澆注溫度、加熱器功率、預熱器功率、拉速等關鍵工藝參數外，還需要對芯棒上涂刷一層玻璃粉狀涂料，以防止芯棒被氧化，如果界面防止氧化效果不好，或者包覆金屬時涂料不能完全上浮，界面將無法良好復合。多層復合材料一次鑄造成形法(見謝建新等，多層復合材料一次鑄造成形設備與工藝，中國專利98101042.3)，采用氧化防護套等措施，在連鑄芯材的表面無氧化、無夾雜、無油污的條件下，熱態直接連鑄包覆層，但此方法對包覆金屬熔點高于芯材金屬熔點的情形難以控制。這些均不利于高性能的外層金屬熔點高于芯材金屬熔點的復合材料的制備與大規模的工業應用。本專利技術的目的在于開發一種短流程、節能、廉價、適用于大規模工業生產，并能獲得完全清潔復合界面的外層金屬熔點高于芯材金屬熔點的包復材料一次鑄造連續成形法。本專利技術的設備構成為，由外層金屬控溫坩堝(6)、外層金屬結晶器(10)、芯部金屬控溫坩堝(4)、芯部金屬液澆注管(7)、牽引機構(13)、測溫儀(1)、加熱元件(3)(5)、二冷裝置(12)組成。其特征在于，外層金屬結晶器(10)和芯部金屬液澆注管(7)沿引錠方向配置于同一軸線上；芯部金屬液澆注管(7)上端緊密與芯部金屬控溫坩堝(4)連接，芯部金屬液澆注管的下端伸入外層金屬中，由芯部金屬液澆注管隔離外層和芯部金屬液、形成外層金屬的型芯、澆注芯部金屬液；外層金屬結晶器(10)上端緊密與外層金屬控溫坩堝(6)；控溫坩堝(4)和(6)的溫度通過加熱元件(3)和(5)和測溫儀(1)進行保溫和加熱，二次冷卻裝置(12)設置在外層金屬結晶器(10)和牽引機構(13)之間。采用本專利技術的工藝過程為外層金屬由外層金屬控溫坩堝(6)保溫和加熱，注入由外層金屬結晶器(10)和芯部金屬液澆注管(7)構成的鑄型中凝固成外層金屬管，芯部金屬由芯部金屬控溫坩堝(4)保溫和加熱，通過芯部金屬液澆注管(7)澆注到外層金屬管中與其熔合和凝固，外層金屬和芯部金屬所需的冷卻速度由牽引機構的引錠速度，外層金屬結晶器(10)的冷卻強度、控溫坩堝的溫度，二次冷卻裝置(12)的冷卻強度來控制；金屬控溫坩堝的溫度控制在相應金屬或合金的凝固點至凝固點以上500℃的范圍內。引錠速度為V＝1～2500mm/min、外層金屬結晶器(10)的冷卻強度為結晶器內的冷卻水流速，其流速為5-12m/s，二次冷卻裝置(12)的冷卻強度為噴水速度1-5m/s或風冷、空冷，風冷的速度為1-5m/s。本專利技術的優點在于1.外層金屬由外層金屬結晶器(10)和芯部金屬液澆注管(7)構成的鑄型中凝固成外層金屬管，同時芯部金屬通過芯部金屬液澆注管(7)澆注到外層金屬管中與其熔合和凝固，從而實現外層金屬熔點高于芯材金屬熔點的復合材料連續鑄造成形法。本專利技術的方法可以用于各種金屬與金屬、金屬與合金、合金與合金的外層金屬熔點高于芯材金屬熔點的包復材料，以及包復軋輥一類的工模具、零部件的鑄造成形，達到短流程、節能降耗的目的。2.采用芯部金屬液澆注管(7)的下端伸入外層金屬中，由芯部金屬液澆注管隔離外層和芯部金屬液，形成外層金屬的型芯，同時澆注芯部金屬液，工藝非常簡單，可獲得無氧化皮、無夾雜的完全清潔的復合界面，大大提高復合材料的質量、生產率和經濟效益。3.外層金屬和芯部金屬分別由其控溫坩堝(6)和(4)、加熱元件(3)和(5)、測溫儀(1)保溫和加熱，同時伸入外層金屬中的芯部金屬液澆注管(7)內的芯部金屬溫度由外層金屬調節其復合溫度，可以有效地實現外層金屬和芯部金屬的凝固速度調節，以保證穩定連續鑄造成形。4.通過控制芯部金屬液澆注管(7)下端伸入到外層金屬固液界面(9)和芯部金屬固液界面(11)的位置，可以穩定地獲得外層金屬與芯部金屬的復合溫度，實現良好的復合溫度，有利于防止在復合界面層互熔過多或過少。5.本專利技術的適用范圍廣，既可用于治金工業大規模生產，又可用于各種特殊行業和用途的精密鑄造。下面結合附圖對本專利技術作進一步的說明附圖說明圖1為本專利技術的一種設備示意圖。其中(1)為測溫儀，采用紅外測溫或熱電偶測溫；(2)為芯部金屬液；(3)和(5)為加熱元件，采用電感加熱或電阻加熱；(4)和(6)分別為芯部金屬控溫坩堝和外層金屬控溫坩堝，坩堝可采用耐火材料、石墨、陶瓷(含金屬陶瓷)、高溫合金、鋼、鐵等材料制成；(7)為芯部金屬液澆注管，可采用耐火材料、石墨、陶瓷(含金屬陶瓷)、高溫合金、鋼、鐵等材料制成；(8)為外層金屬液；(9)為外層金屬固液界面；(10)為外層金屬結晶器，可采用水冷金屬型、高溫合金、鋼、鐵、耐火材料、石墨、陶瓷(含金屬陶瓷)、或水冷金屬型內襯耐火材料、石墨、陶瓷(含金屬陶瓷)等材料制成；(11)為芯部金屬固液界面；(12)為二次冷卻裝置，采用噴水、吹風、自然冷卻；(13)為牽引機構；(14)為復合坯，金屬控溫坩堝(4)和(6)的溫度一般控制在相應金屬或合金的凝固點至凝固點以上500℃的范圍內。實施例1.銅/鋁金屬包復棒材一次鑄造連續成形銅/鋁金屬復合棒外直徑40mm，外層銅金屬厚度10mm。測溫儀(1)采用熱電偶測溫；加熱元件(3)采用電阻加熱；加熱元件(5)采用電感加熱；芯部金屬控溫坩堝(4)采用鋼制成；外層金屬控溫坩堝(6)采用石墨制成；芯部金屬液澆注管(7)采用高溫合金制成；外層金屬結晶器(10)采用水冷金屬型結晶器內襯石墨制本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種包復材料一次鑄造連續成形設備，由芯部金屬控溫坩堝（４）、外層金屬控溫坩堝（６）、芯部金屬液澆注管（７）、外層金屬結晶器（１０）、牽引機構（１３）、測溫儀（１）、加熱元件（３）和（５）、二次冷卻裝置（１２）組成，其特征在于：外層金屬結晶器（１０）和芯部金屬液澆注管（７）沿引錠方向配置于同一軸線上；芯部金屬液澆注管（７）上端緊密與芯部金屬控溫坩堝（４）連接，芯部金屬液澆注管的下端伸入外層金屬中，由芯部金屬液澆注管隔離外層金屬液和芯部金屬液，形成外層金屬的型芯，澆注芯部金屬液；外層金屬結晶器（１０）上端緊密與外層金屬控溫坩堝（６）連接；控溫坩堝（４）和（６）的溫度通過加熱元件（３）和（５）和測溫儀（１）進行保溫和加熱，二次冷卻裝置（１２）設置在外層金屬結晶器（１０）和牽引機構（１３）之間。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝建新，吳春京，周成，王自東，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]