專利名稱：具有高收縮系數(shù)的連鑄金屬的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種通過直接激冷(DC)鑄造技術(shù)對金屬一—尤其是 鋁和鋁合金進行的鑄造。更具體地說，本發(fā)明涉及通過發(fā)生連續(xù)凝固的 直接激冷鑄造技術(shù)對金屬層進行的共鑄。
背景技術(shù)：
金屬錠塊通常通過對熔融金屬進行直接激^#造而進行生產(chǎn)。這需 要將熔融金屬倒入具有冷卻壁、敞口上端和(開始后)敞口下端的模具 內(nèi)。金屬^具的下端以金屬錠塊脫出，所述金屬錠塊在鑄造操作進行 的過程中向下行進。在其它情形中，鑄造沿水平方向進行，但是程序?qū)?質(zhì)上^1相同的。這種鑄造技術(shù)尤其適合于對鋁和鋁合金進行鑄造，但是 也可以用于其它金屬。
這種鑄造技術(shù)在Wagstaff的美國專利第6,260,602號中進行了詳盡 的論述，該專利專門涉及單錠塊的鑄造，也就是完全由相同的金屬制成 并鑄造成單層的錠塊。在Anderson等人的美國專利公才艮第 2005/0011630A1號中公開了用于通過連續(xù)凝固技術(shù)鑄造分層結(jié)構(gòu)的設 備和方法。連續(xù)凝固包括對第一層(例如，預期作為內(nèi)層或者芯的層) 的鑄造，隨后一旦所述第一層已經(jīng)達到合適的凝固程度，就接著但以相 同的鑄造操作在所述第一層上鑄造一層或者多層其它金屬。
雖然這些技術(shù)是有效的并且是成功的，但是在嘗試在凝固和冷卻時 具有高收縮系數(shù)的 一種或者多種合金上使用連續(xù)凝固技術(shù)可能會遇到 困難。特別地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當使用這種金屬作為內(nèi)層用以形成其它金屬 外層的基體時，在鑄造操作期間，所述內(nèi)層可能具有折斷所述外層的趨 勢(或者表現(xiàn)出差的粘著力)，尤其是在以分層結(jié)構(gòu)鑄造的矩形錠塊的 最末端以及尤其在錠塊成型的初始階段更是如此。
眾所周知在純鋁中加入其它元素可以將鋁的收縮系數(shù)改變到更大 或者更小的程度。 一些元素可以增大收縮系數(shù)，而另一些元素可以降4氐 收縮系數(shù)。與純鋁相比，諸如鎂和鋅這樣的元素可以增大所述系數(shù)，而 諸如銅、鐵、硅和鎳這樣的元素可以降低所述系數(shù)。所述系數(shù)的變化程 度一般與添加到鋁中的元素的百分比大約呈線性方式變化。
雖然所有連鑄金屬結(jié)構(gòu)都可能^i黽到上文中提到的困難，但是當內(nèi) 層由具有高收縮系數(shù)的鋁合金制成時一一尤其是當內(nèi)層由具有比鋁本
身的系數(shù)更高的系數(shù)的鋁合金時一一這些困難會M于明顯，特別是當 內(nèi)層由含有含量相對較高的鎂和/或鋅一一例如鎂的含量超過約 2.5wt.% — 一的鋁合金制成時更是如此。然而，當一層金屬的收縮系數(shù) 不是特別高，但是兩個相鄰層的系數(shù)之間存在很大的差別時，會遇到同 樣的問題，例如在一層中鎳的含量很顯著的合金與在相鄰層中含有銅的 合金。雖然相對于純鋁而言這兩種元素都會造成所述系數(shù)降低，但是鎳 比銅對所述系數(shù)有更反面的影響，因此根據(jù)這些元素的相對含量的情 況，各個系數(shù)的差別可能相當大。
因此，當對這些種類的金屬進行共鑄時，需要有改進的鑄造設備和 技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施方式提供了 一種用于鑄造復合金屬錠塊的設 備。所述設備包括端部敞開的大體為矩形的模具腔，該模具腔具有入口 端部、排出端開口以及可移動底塊，所述可移動底塊適于裝配在所述排 出端內(nèi)并適于在鑄造期間沿所ii^具的軸向移動。所述設備還具有至少 一個冷卻分隔壁，所述至少一個冷卻分隔壁位于所述模具的入口端部處 并且在所述排出端開口上方終止，以將所述入口端部分成至少兩個供 送腔室，所述設備還具有用來將用于內(nèi)層的金屬供送到所述供送腔室之 一的裝置以及用來將用于至少 一個外層的另 一種金屬供送到另 一個供 送腔室的至少一個裝置。所述至少一個分隔壁具有用來與用于所述至 少一個外層的金屬接觸的金屬接觸表面，該表面設置成與豎向成一個 角度，從而沿向下的方向遠離用于所述外層的金屬而傾斜，所述角度 在所述至少一個分隔壁上的與所述至少一個分隔壁的中央?yún)^(qū)間隔
并且到所述至少一個分隔壁的每個縱向端部的位置處增加。
另一個示例性實施方式提供了一種鑄造復^塊的方法。該方法包
括提供用于鑄造復合金屬錠塊的設備，該設備具有端部敞開的大體為矩
形的模具腔，該模具腔設置有入口端部、排出端開口、適于裝配在所述
排出端內(nèi)并適于在鑄造期間沿所述模具的軸向移動的可移動底塊、以及 至少一個冷卻分隔壁，所述至少一個冷卻分隔壁位于所，具的入口端
部處并且在所述排出端開口的上方中止，從而將所述入口端部分成用于
鑄造內(nèi)層和至少一個外層的至少兩個供送腔室，所述至少一個分隔壁具
有用于與為所述至少一個外層引入的金屬接觸的金屬接觸表面。該表面
^:置成與豎向成一個角度，從而沿向下的方向遠離用于所述外層的金屬 而傾斜，所述角度在接近所述壁的每個縱向端部的位置處增加。所述方 法還包括將用于內(nèi)層的金屬供送到所述至少兩個供送腔室中的 一個； 將用于至少 一個外層的另 一種金屬供送到所述供送腔室的至少另 一個； 以及沿著所述模具的軸向移動所述底塊，以允許錠塊從所述設備的所 述排出端開口中脫出。
而且，另一個示例性實施方式提供了一種在直接激冷鑄造設備中 鑄造由一種金屬制成的內(nèi)層和由另一種金屬制成的至少一個金屬覆 層的方法，所述直接激冷鑄造設備具有至少一個分隔壁，所述至少一 個分隔壁在該設備中形成至少兩個腔室，其中用于所述內(nèi)層的金屬具 有比用于所述至少一個外層的金屬更高的收縮系數(shù)，這種改進包括使 所述至少一個分隔壁與豎向成一個角度，以用于接觸為所述至少一個 外層提供的金屬但沿向下的方向遠離為所述至少一個外層提供的金 屬而傾斜，以及使所述角度在接近所述分隔壁的縱向端部的位置處增 加。
應當理解，在該說明書中用到的術(shù)語"矩形"應該包括術(shù)語"正方形"。


圖l是以局部豎向橫截面示出的具有單個分隔壁的鑄造設備的正面
圖2是示出在圖1的設備中的金屬合金之間的接觸區(qū)的圖3是圖1的鑄造設備的局部正面圖，示出了在錠塊鑄造期間產(chǎn)生 的端部巻曲的示例；
圖4是在鑄造期間內(nèi)層的端部的三維視圖，示出了金屬凝固線和收 縮力；
圖5是圖4的內(nèi)層的端部的俯視圖，示出了作用在金屬上的力；
圖6是內(nèi)層(芯錠塊)的俯視圖，以夸大的方式示出了由作用在金 屬上的力造成理想矩形形狀的扭曲；
圖7A-7D以透M截面和示例性橫截面示出了在圖9的設備中使用 的分隔壁的一種形式；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的分隔壁的一個可選的示例性實施方式的視以及
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方式構(gòu)造的鑄造設備的豎向橫 截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明可以使用例如Anderson等人的于2005年1月20日出版的 美國專利公報第2005/0011630號中描述的類型的鑄造設備(在此通過引 用將該專利的公開內(nèi)容納入本申請中)。該設^f吏通過連續(xù)凝固以在內(nèi) 層(例如芯錠塊)上形成至少一個外層(例如覆層)的金屬鑄造成為可 能。本發(fā)明還延伸到Wagstaff的美國專利第6,260,602號中所公開的技 術(shù)(在此通過引用將該專利的公開內(nèi)容納入本申請中)。
應該解釋的是，il^使用的術(shù)語"外"和"內(nèi)"是相當寬松的。例 如，在兩層結(jié)構(gòu)中，嚴格地說并沒有外層或內(nèi)層，但是外層通常是指的 是當制造成最終產(chǎn)品時暴露在空氣中、露天的或者是肉眼可以看見的那 一層。而且，所述"外"層通常比"內(nèi)"層薄，通常大部分是這樣的， 因此，將外層提供成在下面的"內(nèi)，，層或者芯錠塊上面的薄l^。在要 將錠塊用于熱軋或者冷軋以形成板材物件的情形中，通常需要在錠塊的 兩個主要(軋制)面上進行鍍層，在這種情形下，可以確定得識別"內(nèi)" 層和"外"層。在這種情形下，內(nèi)層通常指的是"芯"或"芯錠塊"， 外層通常指的是"覆蓋層"或者"覆層"。
圖1示出Anderson等人的用于在矩形內(nèi)層或者芯錠塊12的兩個主 要表面(軋制面)上鑄造外層ll的形式的設備IO。需要注意的是，在 這種形式的設備中，在鑄造期間，鍍層首先(至少部分地)凝固，然后 將芯層鑄造成與所述外層接觸。在鑄造具有高收縮系數(shù)的合金(例如高 鎂合金)作為芯層12時，這種布置是典型的。該i更備包括矩形鑄it模 具組件13，所g具組件13具有模具壁14，模具壁14形成水套15的 一部分，冷卻水的水流16從水套15配送到正在脫出的錠塊17上。以 這種方式鑄造的錠塊通常具有矩形橫截面并且其尺寸達到70英寸x35 英寸。它們通常用于在414^中通過傳統(tǒng)的熱軋或者冷軋工序軋制成包層 板，例如4f接板。
模具的入口端部18由分隔壁19(有時指的是"激冷結(jié)構(gòu)"或者"激 冷壁")分隔成三個供送腔室， 一個供送腔室用于錠塊結(jié)構(gòu)的一層。為 了有良好的熱傳導性，所述分隔壁19通常由銅制成，所述分隔壁19借 助于與熔融金屬平面上方的分隔壁接觸的水冷冷卻設備(未示出)來保 持冷卻。因此，分隔壁使與它們接觸的熔融金屬得到冷卻和凝固。如箭 頭A所示，借助于單獨的裝配有可調(diào)節(jié)節(jié)流閥(未示出)的熔融金屬輸 送噴嘴20使三個腔室的每個中供應的熔融金屬達到所需的水平。為外 層11選擇的金屬通常與芯12的金屬是不同的(在該示例性實施方式中， 后者是具有高收縮系數(shù)的金屬)?？韶Q直移動的底塊單元21初始時將模 具的敞口端部22封閉，然后在鑄造期間在錠塊M具中脫出時支撐剛 形成的復^塊的同時向下行進(如箭頭B所示)。
圖2是在圖1中設備的左側(cè)的分隔壁19附近區(qū)域的放大圖，在該 區(qū)域中芯層12的熔融金屬23與左側(cè)的覆層11的熔融金屬24在模具中 相互接觸。在金屬合金從液態(tài)向固態(tài)冷卻時，當金屬的溫度處于金屬的 液化溫度與固化溫度之間時，會經(jīng)歷中間半固態(tài)或者"糊狀"態(tài)。形成 覆層11的金屬24具有熔液池區(qū)25,半固態(tài)或者糊狀區(qū)26 —般位于熔 液池之下，全固態(tài)區(qū)27—般位于糊狀區(qū)之下，但是由于模具壁14和分 隔壁19的冷卻作用，這些區(qū)域的輪廓線以圖示的方式繪出。緊接在冷 卻分隔壁19之下的覆層11的內(nèi)表面28是固態(tài)的，但是該固態(tài)金屬的 外殼由于圍繞著糊狀區(qū)26和熔液池25所以非常薄。該表面與芯層12 的熔融金屬23接觸，熔融金屬23稍低于分隔壁的下端，來自于熔融金 屬的熱量將所述外殼內(nèi)的淺區(qū)域29內(nèi)的覆層的固態(tài)表面28的一部分重
新熔化。這種重新熔化使兩層在它們的接觸面之間在它們凝固時具有良
好的粘著力。在該區(qū)域29之下，芯層的金屬的溫度降到低于其液化溫 度，從而形成糊狀區(qū)30，在糊狀區(qū)30之下具有固態(tài)金屬31。然而，當 芯層的金屬變成全固態(tài)時，由于其具有高的收縮系數(shù)，所以芯層的金屬 在箭頭32的方向上劇烈收縮，即向內(nèi)朝著錠塊的中央收縮。與此同時， 這樣會牽拉覆層ll的金屬，從而將覆層的整個內(nèi)表面28向內(nèi)拉動。覆 層以這種方式的運動在其上端處由于與分隔壁19的接觸而被阻止，所 以覆層的金屬可能會如圖所示地在分隔壁的下端附近形成裂口 。如果出 現(xiàn)這樣的裂口，鑄造工序就不得不終止，這是因為芯層與覆層的熔融金 屬發(fā)生混合并且接觸面不再完整。
這種斷裂最有可能在錠塊成型的早期——即在錠塊的最初12-30英 寸M具脫出期間 一 一發(fā)生。這是因為在鑄造程序開始時遇到的眾所周 知的"端部巻曲"現(xiàn)象在此時將額外的應力作用在了錠塊上。圖3中以 簡化夸大的示意形式示出了從其中一個覆層面觀察到的這種現(xiàn)象，其中 示出了正在脫出的錠塊17的底部在其一個縱向端部處的區(qū)域。就在錠 塊的這個底部34處，金屬與底塊21接觸，由于底塊21具有相當大的 熱容量因此快速地將錠塊在錠塊的底部端冷卻。因此，在該區(qū)域內(nèi)，錠 塊從底部和側(cè)面均得到冷卻(通過來自于被冷卻的模具表面的主冷卻以 及來自于緊接在模具下方的與錠塊接觸的水噴嘴或者噴射器16的二級 冷卻)。當錠塊進一步脫出并且長度增加時，由于距離增加，底塊的冷 卻影響減小，然后進行的冷卻主要是來自于錠塊的側(cè)面。來自于底部的
錠塊的下端受到扭矩t !的影響，扭矩t i將錠塊的角4^并造成錠塊的 壁在35處向內(nèi)彎曲。可以理解的是，在這些位置上產(chǎn)生的施加在錠塊 上的豎直應力與由芯金屬的收縮而施加的水平應力的結(jié)合大大增加了 覆層斷裂的風險。
還有一種通常的情形就是鑄造的初始階段進行的速度要比初始階 段之后鑄造進行的速度更快。這樣會在不同的層中產(chǎn)生更深的熔融金屬 池，而這樣又增加了由芯金屬產(chǎn)生的收縮力(沿著凝固表面產(chǎn)生的力， 后面要進行更全面的說明)。同樣因為這個原因，在程序中的鑄造的初 始階段期間要比后面的階段更有可能發(fā)生斷裂。
在鑄造的初始階段期間同樣更有可能發(fā)生的是，所示出的裂口或者
金屬斷裂發(fā)生在錠塊縱向端部處區(qū)域內(nèi)的可能性要比發(fā)生在錠塊中央
的可能性更大。其中的原因解釋如下。圖4是矩形錠塊17(為了簡單起 見僅示出了內(nèi)層12 )當其在圖1所示的那種類型的設備中鑄造時的一個 縱向端部的示意圖。虛線50是錠塊內(nèi)從液態(tài)向固態(tài)過渡的線一一即所 謂的熱收斂線(更確切地說指的是一個表面)。可以看出所述線在朝向 錠塊的縱向中央的方向上非常深，在錠塊的縱向中央處，金屬靠近熔融 金屬輸送噴嘴20 (圖1)，并且所述線在朝向錠塊的最末縱向端部的方 向上變得更加淺平。然而，在點52處，所述熱收斂線分叉并向上延伸 到錠塊的每個角。這是由于在錠塊的端面54以及側(cè)面56和58上進行 的冷卻造成的。當金屬在熱收斂線處凝固時，收縮平行于箭頭A、 B和 C所示的凝固表面進行。在錠塊上比分叉點52更靠近中央的位置處， 錠塊被冷卻，從而距每個側(cè)面的距離大體相等地發(fā)生收縮，但是沿著超 過分叉點而朝著錠塊端部的方向，當向端面靠近時，來自于端面54的 冷卻(熱損耗)和收縮變得更具有影響性。如在下文中更詳細地解釋的 一樣，這樣會造成錠塊在側(cè)面的端部向內(nèi)巻曲或扭曲。
在圖5中示出了作用在錠塊上端處的力。在錠塊的超過分叉點52、 朝向端面54的部分上，錠塊的頂部上作用有力(由雙箭頭62表示)， 這些力包括從中線60向外朝著側(cè)面 一一例如側(cè)面56—一作用的力(力 X)和向內(nèi)朝向中線60作用的力(力Y)。隨著向端面的靠近，向外的 力X逐漸變得比向內(nèi)的力Y小，這是因為力的方向的改變沿著熱收斂 線50的分叉進行。這樣就產(chǎn)生了如圖5中所示的作用在錠塊角部上的 扭動旋轉(zhuǎn)或者扭矩T2，因此趨向于將所述角部朝向較短側(cè)54的中央轉(zhuǎn) 動。結(jié)果，錠塊就會呈現(xiàn)出以極其夸大的形式在圖6中示出的與理想矩 形形狀59形成對比的形狀。因此可以看出，外表面56和58在錠塊的 最末端處向內(nèi)巻曲，可以認為，這種巻曲增加了作用在覆層上的應力， 從而在對錠塊進行鑄造時增加了所述層在該區(qū)域內(nèi)分離的趨勢。由于先 前解釋過的原因，外金屬層(未示出)在其與內(nèi)層或者錠塊接觸時，不 能容易地隨著向內(nèi)轉(zhuǎn)動，因為分隔壁19對外金屬層進行了阻止。因此， 增加了在端部區(qū)域中斷裂的可能性。
通過將分隔壁19在與覆層的金屬接觸的表面40處設置成錐形或者 具有一定的角度，并且通過增加分隔壁在錠塊的中央與縱向端部之間的 點處的錐角(表面的斜度)以適應錠塊的收縮以及由芯錠塊在其縱向端
部處的端部巻曲和轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的附加力，所述示例性實施方式可以克J3艮該 問題。例如，對于圖1所示的這種類型的鑄造設備，分隔壁19可以設 置成錐形或者相對于豎直方向傾斜一個角度，該角度優(yōu)選在0-2°的范 圍內(nèi)，但是優(yōu)選1-2° 。這意味著接觸和限制外層或覆層的金屬的分隔 壁19的表面40在從分隔壁的頂部向底部的方向上朝著芯層向內(nèi)傾斜。 此外，對于傳統(tǒng)尺寸的錠塊，分隔壁的錐角在模具的縱向端部處增加到 例如3-7°的范圍，或者更優(yōu)選為3-4°的范圍。角度的選擇可以視內(nèi)層 金屬的收縮系數(shù)而定(一般來說，所述系數(shù)越高，中央和縱向端部處所 需的錐角就應該越大)。為了進行對比，當鑄造沒有高收縮系數(shù)的金屬 單錠塊時，分隔壁的錐角可以是約1.5。并且在分隔壁的整個長度上保 持不變。
在圖7A-7D中示意性地示出了朝著分隔壁的各個端部的錐度的增 加情況，其中中央處的錐角以6表示，縱向端部的錐角以6'表示。在所 述端部處的角度6'優(yōu)選地至少是中央處的角度6的兩倍，但是這取決于 所使用的具體合金。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)朝著分隔壁端部的錐角的任何度數(shù)的增加 通常都是有益的，但是優(yōu)選的雙倍的或者更多倍的增加具有顯著的進 步。對于適合于任何特殊設置的情形的最優(yōu)角度可以容易地通過使用不 同的角度進行測試鑄造操作并觀測結(jié)果來根據(jù)經(jīng)驗確定。與分隔壁的角 度設置相比，模具壁11可以是豎直的或者本身設置成錐形的一一即朝 著模具的底部向外傾斜(在這種情況下，錐角一般達到大約1° )。然而， 當在模具壁11上應用這種錐度時，整個模具長度的錐度一fcl保持不 變的。
分隔壁19的表面40的錐角的增加可以沿著分隔壁的長度從每個縱 向側(cè)的中央到縱向端部逐漸地并且線性地進行。但是，并不是總是必須 以這種方式來增加錐角。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在分隔壁的v^4莫具的中央到與錠塊 內(nèi)的分叉52的開始處成一直線的點的區(qū)域內(nèi)，需要4艮小的錐角增加或 者不需要錐角增加。因此，錐角在長形的中央?yún)^(qū)域內(nèi)可以保持恒定，然 后在沿著分隔壁、與模具的中央間隔開的端部區(qū)域內(nèi)增加。在所述端部 區(qū)域內(nèi)，所述增加可以逐漸地進行，這樣是優(yōu)選地；或者錐角可以在該 區(qū)域的開始處在一個短的距離上快速地增加到最大錐角，然后到分隔壁 的端部的余下的整個區(qū)域內(nèi)保持恒定。作為一般的近似值，在示例性實 施方式中，可以將錐角在中央每側(cè)開始增加的位置認為是錠塊長度的四
分之一點。也就是說，恒定(最小)錐度的中央?yún)^(qū)域沿著分隔壁延伸越 過該中央?yún)^(qū)域(第二和第三個四分之一點)到達近似是四分之一點處和
四分之三點處，然后錐角在更遠的第一和第四個四分之一上增加。圖8 中示出了以這種方式進行錐形設置的分隔壁。
同樣是沿著其長度以增加的角度進行錐形設置，分隔壁19還可以 (以US2005/0011630的圖7中示出的方式)設置成向外的拱形以在冷 卻和凝固期間與錠塊的長側(cè)面56和58的收縮相適應。這會補償圖6所 示的這些面的"拱入"并且生成與軋制成板材所需的理想平面形狀更接 近的側(cè)表面。
圖9是與圖l類似的視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方 式的鑄造設備。該圖沿著鑄造設備的中央豎直向下剖開。右側(cè)以在錠塊 的縱向中央點處的豎向橫截面示出了所述設備，左側(cè)示出了在朝著錠塊 的一個縱向端部的位置處的鑄造模具。圖中標示出了熱分叉點52,但是 圖的左側(cè)實際上示出進一步朝著錠塊端部稍M過該點的情況。圖的兩 半示出了分隔壁19在這些不同位置處的不同角度(6和6，)以及內(nèi)層 金屬在這些點處的中央凝固點在高度上的變化?？梢钥吹?，朝著錠塊端 部的錐角6'要比在中央處的錐角(角6 )大得多。
在本發(fā)明中，用于鑄造內(nèi)層的合金可以是具有高收縮系數(shù)的金屬， 例如高鎂或高鋅鋁合金，例如含有至少2.5wt。/。鎂的鋁^r，所述鎂含 量更優(yōu)選為2.5-15wt.%，進一步優(yōu)選為2.5-9wt.%，更進一步優(yōu)選為 2.5-7wt,/o的鎂。適合的合金的示例一般從AA5xxx系列中選出并且包 括AA5083、 5086、 5454、 5182和5754。
用于覆層的合金可以是不具有高收縮系數(shù)的合金，例如根本不含有 鎂或鋅的鋁合金，或者不具有很高的鎂或鋅含量的鋁合金，例如含有 2-3wt。/o或更少的鎂的鋁合金。
但是，應該注意的是，本發(fā)明在如下的這些情形中也是有益的，即， 內(nèi)層金屬與外層金屬之間的收縮系數(shù)存在顯著的差別，盡管這些金屬本 身不具有特別高的熱收縮系數(shù)，因為這樣的結(jié)合也可以表現(xiàn)出朝著層分
離U的趨勢。為了本發(fā)明的目的，如果收縮系數(shù)的差別大到足以導致 發(fā)生層分離，則收縮系數(shù)的差別就是顯著的。
權(quán)利要求
1. 一種用于鑄造復合金屬錠塊的設備，包括端部敞開的大體為矩形的模具腔，該模具腔具有入口端部、排出端開口以及可移動底塊，所述可移動底塊適于裝配在排出端內(nèi)并適于在鑄造期間沿所述模具的軸向移動；至少一個冷卻分隔壁，所述至少一個冷卻分隔壁位于所述模具的入口端部處并且在所述排出端開口的上方終止，以將所述入口端部分成至少兩個供送腔室；以及用來將用于內(nèi)層的金屬供送到所述至少兩個供送腔室之一的裝置和用來將用于至少一個外層的另一種金屬供送到所述供送腔室中至少另一個的至少一個裝置；其中所述至少一個分隔壁具有用來與用于所述至少一個外層的金屬接觸的金屬接觸表面，該表面設置成與豎向成一個角度，從而沿向下的方向遠離用于所述外層的金屬而傾斜，所述角度在所述至少一個分隔壁上的接近所述分隔壁的每個縱向端部的位置處增加。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，其中用來供送用于所述至少一個 外層的所述另 一種金屬的所述至少 一個裝置設置成在所述模具中的 比用來供送用于所述內(nèi)層的金屬的所述裝置更高的位置處將用于所 述外層的金屬引入所述模具內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，其中所述至少一個分隔壁在所述 縱向端部處的角度至少是在其中央處的角度的兩倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，其中所述至少一個分隔壁在所述 縱向端部處的角度至少是3。，并且在其中央處的角度不大于2。。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，其中所述至少一個分隔壁在所述 縱向端部處的角度在3-7°的范圍內(nèi)，并且在其中央處的角度在l-2 。的范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，其中所述分隔壁具有長形的中央 區(qū)，所述角度在所述中央?yún)^(qū)內(nèi)保持恒定，然后在超過所述中央?yún)^(qū)時增加。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，包括用于對收縮系數(shù)比純鋁更高 的熔融金屬的供應裝置，所述供應裝置連接到用來供送用于所述內(nèi)層 的金屬的裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述設備，其中所述熔融金屬的供應裝置是 供應含有至少2.5wt.。/。的鎂的鋁-鎂合金的供應裝置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述設備，包括與用于供送所述至少另一種 金屬的裝置連接的熔融金屬供應裝置，所述熔融金屬是收縮系數(shù)比供 送到所述內(nèi)層的金屬更低的金屬。
10. —種鑄造復合錠塊的方法，包括步驟 提供用于鑄造復合金屬錠塊的設備，該設備包括端部敞開的大體為矩形的模具腔，該模具腔具有入口端部、排出端開口、適于裝配在 所述排出端內(nèi)并適于在鑄造期間沿所述模具的軸向移動的可移動底 塊、以及至少一個冷卻分隔壁，所述至少一個冷卻分隔壁位于所述模 具的入口端部處并且在所述排出端開口的上方中止，從而將所述入口 端部分成用于鑄造內(nèi)層和至少一個外層的至少兩個供送腔室，所述至 少一個分隔壁具有金屬接觸表面，所述金屬接觸表面用于與為所述至 少一個外層引入的金屬接觸，該表面設置成與豎向成一個角度，從而 沿向下的方向遠離用于所述外層的金屬而傾斜，所述角度在所述至少 一個分隔壁上的與所述至少一個分隔壁的中央?yún)^(qū)向所述至少一個分 隔壁的每個縱向端部間隔開的位置處增加；將用于內(nèi)層的金屬供送到所述至少兩個供送腔室中的一個； 將用于至少一個外層的另一種金屬供送到所述供送腔室的至少 另一個；以及沿著所述模具的軸向移動所述底塊，以允許錠塊從所述設備的所 述排出端開口中脫出。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述方法，其中用于所述內(nèi)層的金屬是收 縮系數(shù)比純鋁更高的金屬。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10所述方法，其中用于所述內(nèi)層的金屬與用 于所述至少一個外層的金屬它們各自的收縮系數(shù)具有顯著的差別。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述方法，其中在所述模具中的比被選擇 用來引入用于所述內(nèi)層的金屬更高的位置處將用于所述至少一個外 層的所述另 一種金屬引入到所述模具內(nèi)。
14. 一種在直接激冷鑄造設備中鑄造由一種金屬制成的內(nèi)層和由 另 一種金屬制成的至少一個金屬覆層的方法，所述直接激冷鑄造設備 具有至少一個分隔壁，所述至少一個分隔壁在該設備中形成至少兩個 腔室，其中用于所述內(nèi)層的金屬具有比用于所述至少一個外層的金屬 更高的收縮系數(shù)，這種改進包括使所述至少一個分隔壁與豎向成一個 角度，以用于接觸為所述至少一個外層提供的金屬但沿向下的方向遠 離為所述至少一個外層提供的金屬而傾斜，以及使所述角度在與所述 至少一個分隔壁的中央?yún)^(qū)向所述至少一個分隔壁的縱向端部間隔開 的位置處增加。
全文摘要
用于在DC模具中澆鑄金屬以形成錠塊的方法和設備，所述錠塊具有通過連續(xù)凝固形成的至少兩層。所述設備在模具的入口端部處具有至少一個冷卻分隔壁，以將入口端部分成至少兩個供送腔室。將金屬供送到所述腔室內(nèi)以形成內(nèi)層和至少一個外層。所述分隔壁具有用來與用于所述至少一個外層的金屬接觸的金屬接觸表面，該表面設置成與豎向成一個角度，從而沿向下的方向遠離用于所述外層的金屬而傾斜。該角度在遠離中央壁區(qū)并且接近分隔壁的每個縱向端部的位置處增加。所述設備適于將具有高收縮系數(shù)的金屬鑄造為內(nèi)層或芯錠塊。
文檔編號B22D21/04GK101394958SQ200780007303
公開日2009年3月25日 申請日期2007年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月1日
發(fā)明者羅伯特·布魯斯·瓦格斯塔夫 申請人:諾韋利斯公司