[发明专利]一种包复材料受压顶出充芯连铸精细成形的设备与工艺

说明书

技术领域

本发明属于金属材料中的压力加工领域，提供了一种包复材料受压顶出充芯连铸精细成 形的设备与工艺。

背景技术

由于高新技术的发展对材料的苛刻要求，推动了新材料的发展。复合材料可以发挥其组 成原材料的协同作用，同时又有很大的材料设计自由度，所以发展很快。它们不仅在应用范 围上愈加广泛，而且在装饰性、导电性、导热性、耐蚀耐磨性和力学性能上得到提高，选材 更合理和制造成本降低，结构与功能一体化成为这类材料深入发展的潜在优势。

现在，复合材料的大规模工业生产的方法主要有机械法、塑性变形法、冶金法。机械法 又分为镶套、液压扩管、拉拔(见：日本伸铜学会编，铜ぉょぴ铜合金の基础と工业技术，(1988)， p.190-192)等方法，其特点为各复合层的界面为机械结合，界面结合强度低，且不适合于长 尺寸包复材料的制备；塑性变形法(见：陈勇福等，轻合金加工技术，Vol.24，No.11(1996)， p.3；魏月贞，复合材料，机械工业出版社，(1987)，p.146)虽然可以实现冶金结合，但是要获 得无氧化皮、无夹杂、完全清洁的复合界面往往十分困难，而且塑性变形法的生产工艺一般 很复杂，生产成本高。

冶金结合法有反向凝固法、包复层连铸法、多层复合材料一次铸造成形法。反向凝固法 (见：许中波，特殊钢，18卷增刊，p.15)是包复层金属液附在内部固体金属凝固，此方法有利 于凝固补缩和铸轧辊的轧制，但为了保证包复层和母带界面良好复合，除控制母带浸入时间、 包复层金属过热度。母带原始厚度关键工艺参数外，还需要对母带进行预处理。如果界面预 处理效果不好，或者预处理后因不能马上使用又被氧化或污染，界面将无法良好复合。包复 层连铸法(见：山本厚生，日本昭57-196464专利)是包复层金属液附在内部固体金属凝固， 此方法有助于包复层金属液的凝固补缩，为了保证包复层与芯棒界面良好复合，除控制浇注 温度、加热器功率、预热器功率、拉速等关键工艺参数外，还需要对芯棒上涂刷一层玻璃粉 状涂料，以防止芯棒被氧化，如果界面防止氧化效果不好，或者包复金属时涂料不能完全上 浮，界面将无法良好复合。多层复合材料一次铸造成形法(见：谢建新等，多层复合材料一次 铸造成形设备与工艺，中国专利：98101042.3)，采用氧化防护套等措施，在连铸芯材的表面 无氧化、无夹杂、无油污的条件下，热态直接连铸包复层，但此方法对包复金属熔点高于芯 材金属熔点的情形难以控制，不利于高性能的外层金属熔点高于芯材浸入熔点的复合材料的 大规模应用。

一种包复材料的一次铸造成形法(见：吴春京等，一种包复材料的一次铸造成形设备与工 艺，中国专利，01109076.6)采用上下两个加热设备，使芯部金属与外层金属分别在上下两个 加热器中熔化，在两个加热器中的温度达到规定的温度时，在电机动力牵引的引锭杆作用下， 牵引外层金属液进入结晶器，在结晶器和导流管中形成外层金属管，芯部金属液随之进入外 层金属管中，然后在一定的拉速下实现芯部金属和外层金属的复合。由于粘结力和摩擦力仍 然存在，复合坯中必然存在拉应力，是其发生微裂纹主要原因。由于振痕、结晶器振动的动 配合间隙和结晶器的磨损、凝固过程的不连续、复合坯中的拉应力原因，此方法不适合于制 备精密的复合坯，如外径Φ15～20mm以下，外层壁厚1.0～3mm的复合坯。

发明内容

本发明的目的在于开发一种短流程、节能、廉价、适合于大规模工业生产，并能获得完 全清洁复合界面的外层金属熔点高于芯材金属熔点的一种包复材料受压顶出充芯连铸精细成 形设备与工艺。

一种包复材料受压顶出充芯连铸精细成形设备，由上测温仪，芯部金属液，芯部金属控 温坩埚，芯部金属控温炉，下测温仪，外层金属控温坩埚，外层金属控温炉，外层金属，芯 部金属液充芯管，外层金属固液界面，压力罩，上控温结晶器，下控温结晶器，芯部金属固 液界面，二次冷却装置，限位装置，压力传感器，退让装置，窥测孔，托板构成。上控温结 晶器和芯部金属液充芯管沿连铸方向装配于同一轴线上；芯部金属液充芯管上端与芯部金属 控温坩埚紧密连接，芯部金属液充芯管的下端深入外层金属液中，由芯部金属液充芯管隔离 外层金属液和芯部金属液，外层金属液冷却形成外层金属管，芯部金属液则通过金属液充芯 管内孔向外层金属管内浇注。上控温结晶器上端紧密与外层金属控温坩埚连接，压力罩与托 板边端连接，托板内侧与下控温结晶器连接；外层金属铸坯由压力罩施加压力顶出。