[发明专利]超声晶粒细化

说明书

一种熔融金属处理装置，包括用于沿其纵向长度接收和输送熔融金属的熔融金属容纳结构。装置还包括用于容纳结构的冷却单元，其包括用于在其中的液体介质通路的冷却通道，以及超声探头，其关于冷却通道设置，使得超声波经由冷却通道中的液体介质和经由熔融金属容纳结构耦合至熔融金属。

联邦政府资助研发的声明

本发明利用国家自然基金授予的拨款号IIP 1058494的政府资助制作。政府对本发明有一定权利。

技术领域

本发明涉及一种用于生产具有受控粒径的金属铸件的方法、用于生产金属铸件的系统、以及由金属铸件获得的产品。

背景技术

冶金领域中已经花费了很大的努力来开发将熔融金属铸造成连续金属棒或铸造产品的技术。成批铸造和连续铸造两者得到了较好发展。尽管行业中主要使用了这两者，但连续铸造存在优于成批铸造的许多优点。

在金属铸造的连续生产中，熔融金属从保温炉进入一系列流槽，且进入其铸造成金属条的圆盘浇铸机的模具中。凝固的金属条从圆盘浇铸机除去，且引导到辊轧机中，在该处其轧制成连续的棒。取决于金属棒产品和合金的预期最终使用，棒可在轧制期间经历冷却，或棒可在从辊轧机流出后立即冷却或骤冷，以给予其期望的机械和物理性质。诸如授予Cofer等人的美国专利号3,395,560(其全部内容通过引用并入本文中)中描述那些的技术已经用于连续处理金属棒或条产品。

授予Jackson等人的美国专利号3,938,991(其全部内容通过引用并入本文中)示出了在铸造产品时纯金属产品的铸造中存在的一直认识到的问题。纯金属铸件的此用语表示由针对特定传导性或抗拉强度或延性设计的主要金属元素形成的金属或金属合金，而不包括出于晶粒控制目的加入的单独的杂质。

晶粒细化是新形成的相的晶体尺寸通过化学或物理/机械手段减小的过程。晶粒细化剂通常加入熔融金属中，以在凝固过程或液相到固相转变过程期间显著减小凝固结构的粒径。

实际上，授予Boily等人的WIPO专利申请WO/2003/033750(其全部内容通过引用并入本文中)描述了晶粒细化剂的具体使用。'750申请在其背景段中描述了在制铝行业中，不同的晶粒细化剂大体上结合到铝中来形成母合金。用于铸铝中的典型母合金包括1%到10%的钛，以及0.1%到5%的硼或碳，其余基本上由铝或镁构成，其中TiB₂或TiC的颗粒分散到铝基质的各处。根据'750申请，含有钛和硼的母合金可通过将所需量的钛和硼溶解在铝熔体中来产生。这通过在超过800℃的温度下使熔融铝与KBF₄和K₂TiF₆反应来达成。这些复杂的卤盐与熔融的铝很快反应，且将钛和硼提供至熔体。

'750申请还描述了从2002年起，该技术由几乎所有晶粒细化剂制造公司用于生产商业母合金。现今仍在使用通常称为成核剂的晶粒细化剂。例如，Tibor母合金的一个商业供应商描述了铸造结构的紧密控制是生产高质量铝合金产品的主要要求。

在本发明之前，认为晶粒细化剂是提供细且均匀的铸态晶粒结构的最有效方式。以下参考文献(其所有内容通过引用并入本文中)提供了该背景工作的细节：

Abramov, O.V., (1998), “High-Intensity Ultrasonics,” Gordon andBreach Science Publishers, Amsterdam, The Netherlands,pp. 523-552.

Alcoa, (2000), “New Process for Grain Refinement of Aluminum,” DOEProject Final Report, Contract No. DE-FC07-98ID13665, September 22, 2000.