[发明专利]铸造金属的均化和热处理

说明书

本申请是申请日为“2006年10月27日”、申请号为 “200680040472.3”、发明名称为“铸造金属的均化和热处理”的发明 专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及金属，特别是金属合金的铸造，及其处理以使它们适 合形成金属产品，例如片材和板材制品。

背景技术

金属合金，特别是铝合金，通常由熔融形式铸造以产生锭块或坯 段，它们随后进行轧制、热加工或类似加工以产生用于制造许多产品 的片材或板材制品。锭块通常通过直冷(DC)铸造法制造，但也可以 使用同等铸造方法，例如电磁铸造(例如以均授予Goodrich等人的美 国专利3,985,179和4,004,631为代表)。下列论述主要涉及DC铸造， 但相同原理适用于在铸造金属中产生相同或同等微结构性质的所有这 类铸造程序。

用于制造锭块的金属(例如铝和铝合金-下文统称为铝)DC铸造 通常在浅的开口的轴向垂直模具中进行，该模具一开始在其底端被可 向下移动的平台(常被称作底座)封闭。该模具被冷却护套围绕，水 之类的冷却流体连续循环通过该护套以提供模具壁的外部冷却。将熔 融的铝(或其它金属)引入冷却模具的上端，并随着熔融金属在与模 具内缘相邻的区域中固化，使该平台向下移动。随着该平台的有效连 续移动和相应地向模具连续供应熔融铝，可以制造所需长度的锭块， 其仅受到模具下方可供使用的空间的限制。DC铸造的进一步细节可获 自授予Ennor的美国专利2,301,027(其公开内容经此引用并入本文) 和其它专利。

DC铸造也可以水平进行，即模具非垂直取向并对设备作出一些修 改，在这类情况下，铸造操作可以是基本连续的。在下列论述中，参 照垂直直冷铸造，但相同原理适用于水平DC铸造。

在垂直DC铸造中从模具下端(出口)脱出的锭块在外部是固体 但在其中心仍然熔融。换言之，模具内的熔融金属池(pool)作为熔融 金属贮槽(sump)向下延伸到向下移动的锭块的中心部分直达模具下 方的一定距离。随着锭块从外表面向内固化，该熔融金属贮槽(sump) 的横截面从上往下逐渐降低直至其芯部分完全为固体。具有固体外壳 和熔融芯的铸造金属产品的部分在本文中被称作锭坯(embryonic ingot)，其在完全固化时变成铸造锭块。

作为直冷铸造法的重要特征，使连续供应的冷却液，例如水与正 好在模具下方的推进(advance)中的锭坯的外表面直接接触，由此导 致表面金属直冷。锭块表面的这种直冷有助于使锭块边缘部分保持固 态并促进锭块的内部冷却和固化。

传统上，在模具下方提供单个冷却区域。通常，通过沿紧邻模具 下方的锭块边缘均匀引导基本连续的水流，实现这一区域中的冷却作 用，例如从模具冷却护套的下端排出水。在这种程序中，水以相当大 的力或冲量与锭块表面呈相当大的角度撞击该表面并伴随着连续但递 减的冷却作用向下流经锭块表面，直至锭块表面温度接近水的温度。

通常，冷却水在接触热金属时首先发生两个沸腾事件。在射流的 滞流区域中直接在液体下方并与其紧邻地形成主要为水蒸汽的薄膜， 在其任一面的相邻区域中和在射流下方，发生典型的成核薄膜沸腾。 在锭块冷却时，气泡的成核和混合效应平息，流体流和热边界层条件 变成沿锭块体向下强制对流，直至最终，流体动力条件变成在锭块的 最下末端横穿锭块整个表面的简单自由下落薄膜。

由此制成的直冷铸造锭块通常经过热轧和冷轧步骤或其它热加工 程序以制造具有各种厚度和宽度的片材或板材制品。但是，在多数情 况下，在轧制或其它热加工程序之前通常需要均化程序以便将金属转 化成更可用的形式和/或改进轧制产品的最终性质。进行均化以平衡微 观浓度梯度。均化步骤包括将铸造锭块加热至升高的温度(通常高于 过渡温度，例如合金的固溶线温度的温度，通常高于450℃，并通常(对 于多数合金)为500至630℃)持续相当长的时间，例如几小时，通常 高达30小时。