专利名称：复合锭的铸造方法
技术领域：
本发明涉及用于铸造复合金属锭的方法和设备，该复合金属锭包括至少两个分别 由一种或多种合金形成的层。
背景技术：
如在本文以下中理解，除非另有说明，否则铝合金牌号和状态代号是指由铝业协 会于2008年颁布的“铝标准和数据及登记备案”中的铝业协会标号。关于对合金成分或优选合金成分的任何说明，提到百分比时都是指重量百分比， 除非另作说明。多年来，金属锭、尤其是铝锭一直是利用半连铸工艺来制造，该工艺被称为直冷铸 造或电磁铸造。在该工艺中，熔融金属被注入无底结晶器的顶部中，并且在金属排出时直接 将冷却介质施加到金属的固化表面。这样的系统常被用来制造用于制造轧制产品如铝合金 板材的大方锭。由至少两层不同合金构成的复合锭的市场十分广阔。这样的铸锭被用于经 轧制来制造用于各种不同用途的包覆板，例如钎焊板、航空器用板、汽车包覆板和期望表面 性能不同于芯材性能的其它用途。获得这种包覆板的传统做法是将由不同合金构成的板坯热轧接合，从而例如通过 焊接将两者结合，随后连轧制成最终产品，例如如美国专利US^00709所述。这样做的缺点 是，板坯之间的界面通常在冶金学层面上是不洁净的并且层和层的相互接合可能有问题。在文献资料中描述了用于改善芯锭和包覆层之间接合的几种替代方法。美国专利申请US 2005/0011630A1描述了在现有技术中也被称为FUSION 工 艺(Novelis的注册商标名)的技术，借此，两种不同的合金在一个上开口式铸造结晶器中 来浇铸，并且通过使用特殊布置的分隔件，第一合金液池在这样的位置接触第二合金液池， 在该位置处，第一合金的自支承表面的温度处于第一合金的固相线温度和液相线温度之 间，并且这两个合金液池以两层的形式接合，并且相互接合的合金层被冷却而形成了复合
Iio在美国专利US7250221中描述一种适用于轧制制造包覆金属板的包覆金属锭的 批量制造方法，其中固体芯锭的轧制上表面形成有许多掏洞，这些掏洞在将包覆层浇铸到 轧制上表面时被堵住。一旦包覆层成为固态的，则这些掏洞被开通并被灌进熔融金属，从而 在其中形成金属耳以将包覆层附接到芯锭上。据说这允许包覆层在凝固冷却过程中无物理 约束地收缩，由此避免产生内应力和可能有的裂纹。这种做法至少部分解决了在复合锭的 处理和轧制过程中的层分离问题。
发明内容
本发明的目的是制造由至少两层构成的复合金属锭。本发明的进一步目的是制造由至少两层构成的复合金属锭，所述复合金属锭在接 合的层之间具有改善的冶金接合状况。
本发明通过提供一种复合金属锭的铸造方法来满足这些和其它的目的以及其它 优点，该复合金属锭包括至少两个分别由一种或多种合金形成的层，该方法包括以下步 骤(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体，(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器 包括给该铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向 下浇铸到基材上的至少一个出口的输出端，(c)在使铸造结晶器和基材连续彼此相对运动时，在这样的温度通过铸造结晶器 的该至少一个出口将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，从重熔区的基准 点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池， 并且在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合基材，从而在 从铸造结晶器离开前形成复合锭。本发明的一个重要特点是，在使铸造结晶器和基材连续彼此相对移动时，熔融的 第二合金接触由第一合金构成的基材的上表面，熔融的第二合金的温度高到足以保证基材 局部变热到基材在局部范围至少部分重熔，由此一来，来自该基材的熔融材料或浆状金属 扩散到熔融的第二合金中或与熔融的第二合金混合。因为基材仅在薄表面层中重熔，所以总存在于铝表面上的铝氧化皮被破坏，甚至 可能完全消失。这允许当在铸造结晶器和基材连续彼此相对移动的情况下熔融合金连续 冷却凝固时，基材和熔融的第二合金紧密接触而形成强力接合，产生了复合锭。因为只是 基材的薄表面层被熔化，其厚度一般不到约2毫米，在最佳的例子中厚度为约40微米至60 微米，所以被吸收入第二合金中的合金元素量小，不必造成任何严重的冶金学问题。如果合 适，第二合金的成分可被调整以接纳重熔的基材并使凝固在基材上的包覆层的最终成分为 预定的目标成分。由第一合金构成的基材和第二合金层之间界面的独特结构保证了在界面处的强 力冶金接合，一般呈基本连续的冶金接合形式，因此使得该结构适用于轧制成箔材、薄板材 和中厚板，而不会有与层离或界面污染有关的问题。本发明方法的一个优点是，它不需要如美国专利US7250221先前所述的那样在由 第一合金构成的基材的表面上形成许多掏洞，这对于工业规模用途来说劳动强度非常大并 且不经济划算。本发明方法的另一个优点是它按照(半)连续方式进行。
图1是相对基材移动以形成复合锭的本发明铸造结晶器的实施例的横截面示意 图；图2A和图2B是多个铸造结晶器实施例的横截面示意图；图3A、图;3B和图3C是各复合锭的横截面的示意图；图4是复合锭的横截面示意透视图；图5是图1所示铸造结晶器的第一实施例的局部横截面示意图；图6是用在本发明中的铸造结晶器的第二实施例的局部横截面示意图。
具体实施例方式根据本发明的方法包括以下步骤(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体，(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器 包括给铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向下 浇铸到基材上的至少一个出口的输出端，(c)在使铸造结晶器和基材连续彼此相对运动时，在这样的温度通过铸造结晶器 的该至少一个出口将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，自重熔区的基准 点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池， 并且在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合基材，从而在 自铸造结晶器离开前形成复合锭。该基材最好在接触第二合金时不弯曲，因为弯曲会把不希望有的应力带入在本发 明的一个优选实施例中采用的厚基材中。按照优选方式，在将熔融的第二合金浇铸到基材 上时，保持该基本平坦的表面为基本水平。基材上表面优选就在紧跟着铸造结晶器的上下 游处以及当基材被输送经过铸造结晶器时是水平的。优选的是，熔融的第二合金从基材上方被送到基材上表面上，此时基材是水平的， 更优选的是，铸造结晶器没有转动。在本方法的一个实施例中，基材被预热到在以摄氏度(°C )为单位的其熔化温度 的0. 5至0. 95且优选是0. 5至0. 80的范围内的一个温度，例如对于铝合金基材，在铸造结 晶器的入口处被预热到约400°C温度或约450°C温度。适当的加热机构选自包括烧嘴、电子 束、电阻和高频感应线圈或任何其它局部加热机构的组。按照工业生产规模，优选高频感应 线圈或线圈阵列。通过恰好在第二合金层接合前加热基材，实现了基材上的氧化皮被削弱， 这使得通过经铸造结晶器出口接触到基材的熔融的第二合金更容易破坏氧化皮。这样一 来，氧化皮更容易被破坏，并且熔融的第二合金离开铸造结晶器输出端的温度可被设定在 较低的温度。理想的是，由第一合金构成的长条形固体的基材具有基本平坦的表面，第二合金 通过本发明方法被接合到该表面。为了形成双面包覆基材，按照上述方式在一面被包覆的 基材可以被翻转，并且本发明的方法在原先的基材下表面上重复进行。在另一个替代方式中，可以施加另一个层到按照本发明方法形成的复合锭的上表 面，于是施加到第二合金层的上表面。该另一个层可以通过本领域已知的不同技术来施加， 或者作为替代方式，本发明的浇铸方法也可以被用来施加另一个层到复合锭上。按照优选方式，在将熔融的第二合金浇铸到基材上时保持该基本平坦的表面为基 本水平。基材优选在接触第二合金时不弯曲。在一个实施例中，该基材的基本平坦的表面由经过铣削或剥皮的铸锭的轧制上表 面形成，该铸锭例如是通过例如DC铸造(直冷铸造)或EMC铸造(电磁铸造)方式制成的 铸锭，这些方式都是现有技术中众所周知的技术并提供了厚度最大为约500毫米且厚度一 般在约200毫米至450毫米范围内的基材。理想的是，在施加第二合金层前，基材被剥皮或 铣削，以除去源于锭铸造的铸造表面附近的偏析区，从而表面缺陷将不会被加工到最终产 品中。
根据合金成分和由复合锭制成的最终产品的用途，基材可以在第二合金层接合之 前被均质处理，或者它可具有非均质化的铸锭微观结构。铝合金的均质热处理具有以下目 的(i)尽量多地溶解在铸锭凝固过程中形成的粗溶相，(ii)减少浓度梯度以利于溶解步 骤。本领域技术人员众所周知的是，根据工业实践处于均质化温度的保温时间取决于铝合 金，通常在约1小时至50小时的范围内。当制造两种合金之一的熔点显著低于另一合金的 熔点的复合金属锭时，用经均质处理的铝基材来加工对本发明是非常有意义的。在另一个实施例中，该基本平坦的表面由轧制厚板产品的轧制上表面形成，该轧 制厚板产品例如是通过对按照DC铸造方法获得的铸造材料轧制到中间尺寸而获得的板 材。该上表面可以被铣削或以其它方式被清洁，从而表面缺陷将不会被加工到最终产品中。根据本发明，该复合锭优选包含厚度为至少约40毫米且优选为至少约70毫米的 铝合金基材。包覆层厚度(图1中标记(C))将具有优选10毫米的最小厚度。例如当加工 铝合金如钎焊板时，约15毫米的包覆层被施加到厚约200毫米的基材上，或者约35毫米厚 的包覆层被施加到厚约300毫米的基材上。第二合金层的厚度优选处于基材厚度的约2%至30%且优选为约4%至20%的范 围内。在本发明的另一个实施例中，复合金属锭通过轧制(热轧和冷轧)被进一步加工 成最终尺寸的轧制产品，其厚度在接近约5毫米的范围。 第一合金和第二合金可以具有基本相似的成分。这两种合金优选是由不同的铝合 金成分构成的铝合金。在利用本发明方法加工铝合金时，典型的浇铸速度在约50毫米/分钟至200毫米 /分钟的范围内。在一个特别优选的实施例中，由第一合金构成的基材是铝合金，一般是铝镁合金， 而第二合金是铝硅合金。这样的复合锭经过热轧和冷轧形成复合金属钎焊板，其可接受钎 焊作业。在此实施例中，轧制产品的最终规格一般会在约0.05毫米至4毫米的范围内。钎 焊板材的最终规格最好至高达约350微米厚，更优选的是约100微米至约250微米厚。在另一个特别优选的实施例中，按照本发明制成的复合锭被轧制成航空器包覆板 材。在又一个特别优选的实施例中，由第一合金构成的基材是6000系列合金中的铝， 而第二合金是6000系列合金中的另一种合金。这样的复合锭在经过热轧和冷轧时形成复 合板或包覆板材，其构成汽车车体板、汽车车体覆板且优选是车体外覆板或碰撞吸能盒结 构。复合板的最终厚度一般会在约0.5毫米至2毫米的范围内。一个例子就是这样的包覆 板产品，其具有AA6056或AA6156的芯合金，一面或两面包覆有AA6016包覆材料，或者是 AA6016的芯合金，一面或两面包覆有AA6005A合金。这种包覆板材的其它例子在国际专利 申请 W0-2007/128391、W0-2007/128389、W0-2007/128390 和 W0-2009/059826 中有所描述， 所有这四篇专利文献被引用纳入本文。为了改善熔融合金的浸润性能，可以在被熔融时在第一合金和/或第二合金中添 加浸润剂以减小表面张力。如果第一合金和第二合金是铝合金，则优选从包含Bi、Pb、Li、 Sb、％、Y和Th的组中选择至少一种元素，其中铝合金中的浸润元素的总量在约0. 005%至
的范围内，优选在约0.01%至0.5%的范围内。例如，当利用本发明的方法制造钎焊板时，约0. 1 %的浸润元素如Bi可以被加入AlSi 10钎焊层中。在本发明的另一方面中，本发明涉及用于实施本发明方法的设备或铸造设备，其 包括铸造结晶器和用于使由第一合金构成的基材相对铸造结晶器移动的机构和用于给铸 造结晶器的供应端补充熔融的第二合金原料的机构，其中该铸造结晶器包括(i)用于给铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端，(ii)带有至少一个出口的输出端，该至少一个出口用于在使基材相对铸造结晶器 连续移动时将熔融的第二合金向下浇铸到基材上并随后注入由在基材上方的由铸造结晶 器限定的浇铸腔的浇道，该输出端用于在这样的温度将熔融的第二合金浇铸到基材上，在 该温度，自重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合 金混合而形成合金液池或浆状液池，其中该移动机构包括用于当液池在重熔后连续冷却并 在远离基准点的位置凝固并接合该基材从而在从铸造结晶器中离开前形成复合锭时移动 合金液池的机构。此外，可以设置恰好在将第二合金浇铸到基材上之前加热基材的机构。该铸造结晶器包括用于为铸造结晶器供应熔融金属的熔体供应端和带有用于将 熔融金属浇铸到基材上的至少一个出口的输出端。铸造结晶器优选如此安置，即，该铸造结晶器的上表面的至少一部分是平面的。更 优选的是，该铸造结晶器具有固定不动的上表面。该铸造结晶器优选不转动。在该铸造设备的一个实施例中，铸造结晶器的输出端的定位允许在基材平放时从 基材上方将熔融的第二合金供应到基材上表面。在本发明的一个实施例中，铸造结晶器部分或完全由耐火陶瓷、金属、石墨或涂覆 有耐火物质的金属制成。铸造结晶器应该由耐热材料构成，优选的是，与任何熔融金属接触 的部分没有浸润该熔融金属，而且没有粘附其上。在一个实施例中，铸造结晶器配备有在上游侧和横向侧围绕铸造结晶器的封闭 面，其密封贴靠由第一合金构成的基材以防止两者间的泄漏。在该铸造设备的一个实施例中，用于移动基材的机构具有水平表面，该水平表面 用于就在紧跟着铸造结晶器的上下游和在输送基材经过铸造结晶器时水平支承基材下表在利用本发明方法制造复合锭时可能希望使用金属焊剂。例如，固体基材可以在 浇铸熔融的第二合金到基材上之前涂有固体焊剂，例如常用在钎焊作业中的氟铝酸钾，其 清理掉各自表面的氧化物或者至少破坏氧化皮层，并保证金属在接触面上的更好的接触和 转移。为了获得此效果，可以加入焊剂站，其用于在铸造结晶器之前处理该基材。在该铸造设备的一个实施例中，铸造结晶器包括用于第二合金的熔融金属的容器 (例如参见图1、图2A和图2B中的特征4)和浇铸腔，熔体供应端是该容器的熔体供应端， 带有至少一个出口的输出端是该容器的输出端，并且该浇铸腔用于从该出口接纳第二合金 的熔融金属，该浇铸腔由浇道形成，该浇道从上游入口部分延伸到下游出口部分，从而朝向 基本水平定位的可移动的基材，以容纳熔融金属并将熔融金属成型为与移动的基材接合而 形成复合锭的一层。该容器相对输出端沿下游方向水平延伸。该浇铸腔的上壁相对输出端 沿下游方向水平延伸得比该容器更远。在该铸造设备的一个实施例中，该铸造结晶器包括液体输入端、带有至少一个出口的输出端和用于从该出口接纳第二合金的熔融金属的浇铸腔，该浇铸腔由浇道形成，该 浇道从上游入口部分延伸向到下游出口部分，从而朝向基本水平定位的可移动的基材，以 容纳熔融金属并将熔融金属成型为与移动的基材接合而形成复合锭的一层。在该铸造设备的一个实施例中，该铸造设备包括铸造结晶器和用于使第一金属合 金的基材相对铸造结晶器移动的机构和用于给铸造结晶器的供应端补充第二金属合金的 熔融原料的机构，该铸造结晶器包括用于第二合金的熔融金属的容器(参见例如图1、图 2A和图2B中的特征4)和浇铸腔，该容器具有大致竖立的上游壁、与该大致竖立的上游壁对 置的大致竖立的下游壁和从该竖立的下游壁的下端向上游延伸的大致水平的壁；大致水平 的壁的下表面和大致竖立的下游壁的下端均在一个水平假想面的上方间隔一定距离，大致 竖立的上游壁的下端位于该水平假想面上，限定出该浇铸腔的浇道的上表面；至少一个容 器出口位于该大致水平的壁的上游端上，该至少一个容器出口用于从该容器中向下供应第 二合金的熔融金属到水平的基材并随后送入浇铸腔；浇道在大致水平的壁下方从上游入口 部分到下游出口部分地水平延伸一段大于该竖立的下游壁的厚度的距离；浇道被定位成当 基材基本水平放置且可相对铸造结晶器移动时朝向该基材，并且容纳第二合金的熔融金属 并将该熔融金属成型为一个贴附移动的基材的包覆层，从而形成复合锭；浇道具有敞开的 水平底部，其被基材的上表面挡住，以便在大致水平的壁的下表面和该大致水平的基材的 上表面之间容纳熔融的第二合金。其中在一个优选实施例中，用于从容器将第二合金的熔融金属向下送入浇铸腔以 便从该出口获得熔融金属的至少一个容器出口由大致竖立的上游壁的内表面和大致水平 的壁的上游端之间的间隙限定。在该铸造设备的另一个优选实施例中，该上游入口部分和该下游出口部分均具有 高于假想平面的高度，可移动的基材的上表面位于该假想平面中，并且该下游出口部分的 高度是该上游入口部分的高度的至少两倍。现在将参照附图来描述本发明的几个优选实施例，其中图1是相对基材移动以形成复合锭的铸造结晶器的实施例的横截面示意图；图2A和图2B是多个铸造结晶器实施例的横截面示意图；图3A、图;3B和图3C是各复合锭的横截面示意图；图4是复合锭的横截面透视示意图；图5是图1的铸造结晶器的第一实施例的局部横截面示意图；图6是用在本发明中的铸造结晶器的第二实施例的局部横截面示意图。可以给铸造结晶器(3)供应来自于浇包(12)的熔融合金。通常，浇包(12)沿图 1中弧形箭头线Z所表示的方向转动。在替代方式中，可以通过出流系统将熔融金属从铸 造熔炉送往铸造结晶器来给铸造结晶器(3)供应熔融合金。一般，基材(1)在铸造结晶器 (3)的下方通过适当的输送机构来输送。典型的输送机构是如图1所示的辊道(14)。也可 采用其它合适的输送机构。根据本发明的如图1所示的铸造结晶器C3)包括熔体供应端或容器(4)、带有至 少一个出口(5)的输出端、用于从该出口接纳第二合金的熔融金属的浇铸腔，该浇铸腔具 有浇道(7)，该浇道从上游入口部分(8)延伸至下游出口部分(9)，从而朝向基本水平定位 的可移动(相对铸造结晶器)的基材(1)，该浇道用于容纳熔融金属并将熔融金属成型为
9贴靠移动的基材的包覆层O)，由此形成复合锭(6)。该浇铸腔的上壁由铸造结晶器(3)的 下壁限定。在使用中，该浇铸腔的下开口被基材(1)或复合锭(6)封堵住。在使用中，使第 二合金的熔融金属经过该上游入口部分流入该浇铸腔，由此允许熔融金属填充浇道(7)，浇 道(7)在通过下游部分时在该下游部分处允许熔融金属冷却，从而充分凝固以在离开该下 游出口部分时保持浇道(7)的形状。图5示意表示铸造结晶器(3)的实施例的局部横截面透视图。铸造结晶器(3)的 多个侧壁(18)(只示出一个)平行于铸锭运动方向A延伸，用于在冷却过程中容纳熔融合 金液池(16)的熔融合金。铸造结晶器(3)的上游壁包括具有高度“X”的下开口，铸 造结晶器的下游壁03)包括具有高度“Y”的下开口。高度“X”大于高度“Y”。高度“X”容 许至少基材(1)的上部进入铸造结晶器(3)。高度“Y”容许复合锭(6)的离开并有助于容 纳合金液池。图6表示铸造结晶器(103)的另一个实施例，它具有下游壁(123)和上游壁 (121)，该下游壁包括具有高度“Y”的下开口，但上游壁不包括具有高度“X”的升高的下开 口。在这个不同的实施例中，上游壁的下端完全与该基材(1)平齐，而且铸造结晶器铺布了 比基材(1)的横向宽度窄的合金(4)幕层，而不是铺布等于基材(1)宽度的第二合金(4)层。也可以采用其它的铸造结晶器设计。冷却凝固用的热主要通过起散热器作用的基材⑴来散发。可以在铸造结晶器中加入其它冷却机构例如利用空气、强风、水冷或者雾冷，优选 在下游出口部分的附近，以便从复合锭的正凝固的或已凝固的由第二合金构成的包覆层中 散除热量。除此之外，还可安装其它冷却机构，用于一旦其离开铸造结晶器就冷却复合锭， 例如利用空气、强风、水冷或雾冷。在图1中，由第一合金构成的水平的基材(1)具有厚度(a)，在使用中，该厚度中的 厚度约为(b)的薄表面层被重熔并形成具有厚度(C)的包覆层O)的一部分，由此形成具 有厚度(d)的复合锭。这些厚度的关系为(d) = ((a)-(b))+ (C)。在图1的实施例中，浇道(7)在浇道(7)的上侧和通过使基材沿方向A移动而形 成的下侧之间具有基本恒定的横截面直径或恒定的高度。熔融金属经过上游入口部分(8) 流入浇道(7)。当加工铝合金时，一般，浇铸速度或沿方向A的运动速度在约50毫米/分钟至200 毫米/分钟的范围内。在使铸造结晶器(3)和基材(1)连续彼此相对移动的同时，熔融的 第二合金通过铸造结晶器(3)的所述一个或多个出口( 在这样的温度被浇铸到基材(1) 上，g卩，该基材由此在重熔区的基准点“P”局部至少部分重熔，并且至少部分与熔融的第二 合金混合而形成合金液池(16)，第一合金的重熔持续到点“M”(通常大约在熔融合金液池 或浆状合金液池的最大深度(b)处)。重熔区从点“P”延伸至点“M”。基准点“P”是基材 (1)合金开始至少部分熔化的点。基准点“P”可以在浇铸腔入口(8)处、略微在浇铸腔入 口(8)的上游并因而位于铸造结晶器上游壁和浇铸腔入口(8)之间、或者略微在浇铸 腔入口(8)的下游。最大深度点“M”在浇铸腔内。熔融合金液池(16)在浇铸腔中的驻留 时间和冷却足以在复合锭(6)从浇铸腔出口(9)离开之前完成复合锭(6)的凝固。于是， 在基材(1)部分重熔之后，熔融合金液池(16)持续冷却并在远离重熔区且因而远离基准点“P”的位置凝固并接合该基材，从而形成复合锭(6)。合金混合至少发生于在合金液池16下部的区域“W”中(用许多χ标示)。为了在由第一合金构成的基材(1)的薄表面层内获得部分地局部熔化，在流入上 游入口部分时的第二合金的温度应足够高。随着基材(1)的薄表面层熔化，不可避免地出 现在基材表面上的氧化皮被破坏并且允许第二合金形成与该基材的牢固接合，从而当第二 合金连续运动经过浇道而形成复合锭(6)。人们已经发现，在图1的实施例中，基材⑴和浇道(7)中的熔融金属顶面之间的 温差可能因热浮力而产生熔融金属分层(次序为相对冷的金属在下，相对热的金属在上)。 结果，流入浇道(7)的热金属将不一定接触到基材，热金属和基材之间的接触没有充分进 行。结果，在由第二合金构成的包覆层将凝固到基材上时，基材没有变得足够热，没有发生 接合或至少接合程度不够高。这在图2B的优选实施例中得以克服，图2B为清楚起见而与 表示图1所用铸造结晶器的图2A—起被示出。如图2B所示，上游入口部分(8)具有比具 有高度(M)的下游出口部分(9)窄的具有较低高度(hi)的横截面。上游入口部分(8)同 下游出口部分(9)的高度比(hi h2)应为1比大约2或更高，例如1比大约3，或者1比 大约4，而在图2A的实施例中，该高度比(hi h2)是约相等的。在根据本发明的、特别适用于施加相对厚的第二合金层到由第一合金构成的基材 上的方法和铸造设备中，一般高度h2是至少10毫米，优选为10至约100毫米。更优选的 下限为约20毫米，更优选的上限为约80毫米。在具有高度hi的上游部分中的熔融金属的速度预期在约500毫米/分钟至900 毫米/分钟的范围内，这将会导致熔融金属的基本层流。更优选的是，降低的横截面高度(hi)与在上游入口部分(8)局部处的相对狭窄的 流口或间隙组合。在图2B的实施例中，熔融金属的入流被迫以相对高的速度沿由第一合金 构成的基材流动，随后其流入浇道(7)并以相对高的速度流过上游入口部分(8)。因为在上 游入口部分(8)处的高度(hi)小于在下游出口部分(9)处的高度(h2)，所以熔融金属在上 游入口部分(8)处以比其从下游出口部分(9)流出的速度更高的速度流动。换句话说，在 图2B的实施例中，熔融金属在上游入口部分(8)处沿水平方向(例如图1的方向A)以高 于在上游入口部分(8)处的基材(1)的速度流动。相比之下，基材(1)在上游入口部分(8) 和下游出口部分(9)处均具有恒定速度，并且基材(1)和凝固的包覆层( 在下游出口部 分(9)处具有相同速度。熔液更猛烈地流向基材表面并沿基材表面流动保证了更好的表面 局部变热和相对薄的表面层的重熔，这又能在其流过浇道时实现基材和凝固的熔融金属之 间的更好接合，以形成复合锭。而且如果需要，出口(5)的尺寸可被选择成能提供这样的面积，熔融金属流过该 面积的速度在流经hi的熔融金属速度的士25%内。图3A至图3C示出了复合锭的示意图，该复合锭具有至少两个由不同的合金分别 形成的层。利用本发明的方法，可以在复合锭的轧制方向上获得由第二合金构成的层的不 同边缘形状。利用本发明的方法，可以根据轧制过程中的塑性流动性来调整形状，由此控制 或限制溢流量，因而控制或限制切边需求。这样一来，可以限制当生产薄板时在轧制作业中 得到的废料量。图4示出了复合锭的示意图，该复合锭具有至少两个由不同的合金分别形成的层，并且固体基材由此由已成型的基材构成，而第二合金层利用本发明方法被浇铸到该基 材的成型表面。替代形状是可行的。 虽然现在已充分描述了本发明，但本领域技术人员将显然认识到，在不超出如本 文所述的本发明的精神或范围的情况下，可以做出许多的变化和改动。
权利要求
1.一种铸造复合金属锭的方法，该复合金属锭包括至少两个由一种或多种合金分别形 成的层，该方法包括(a)提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体，(b)提供铸造结晶器，该基材和该铸造结晶器能彼此相对运动，其中该铸造结晶器包括 给该铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将该熔融的第二合金向下 浇铸到该基材上的至少一个出口的输出端，(c)在使该铸造结晶器和该基材连续地彼此相对运动时，在这样的温度通过该铸造结 晶器的该至少一个出口将该熔融的第二合金向下浇铸到该基材的上表面，其中在该温度， 自重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与该熔融的第二合金混合 而形成合金液池，并且在重熔之后，熔融的合金液池连续冷却并在远离该基准点的位置凝 固并接合该基材，从而在离开该铸造结晶器前形成该复合锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，该复合锭包括铝合金基材，该铝合金基材的 厚度为至少40毫米，该第二合金层的厚度为该基材的厚度的2%至30%。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材由铝合金构 成，该铝合金在该熔融的第二合金被浇铸到该基材上之前被均质处理。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材在该 熔融的第二合金被浇铸到该基材上之前被铣削。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征是，由第一合金构成的该基材由轧 制板材的轧制上表面部构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征是，该基材被预加热到位于以摄氏 度为单位的其熔化温度的0. 5至0. 95范围内的温度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，该基材通过烧嘴、电子束、电阻或高频感应 线圈被预加热。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征是，该第一合金和该第二合金是具 有不同成分的铝合金。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征是，在该基材平放时，更优选的是 该铸造结晶器不转动时，该熔融的第二合金从该基材的上方被供应到该基材的上表面。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征是，该铸造结晶器是平面的，优选 是不转动。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征是，该铸造结晶器部分或完全由 耐火陶瓷、金属、石墨或者涂覆有耐热物质的金属制成。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征是，该铸造结晶器包括熔体供应 端、带有至少一个出口的输出端和用于从该出口接纳该第二合金的熔融金属的浇铸腔，该 浇铸腔由浇道形成，该浇道从上游入口部分延伸至下游出口部分，从而朝向基本水平放置 的可移动的基材，以容纳熔融金属并将该熔融金属成型为与移动的该基材相接合而形成复 合锭的一层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征是，该上游入口部分和该下由出口部分具有 基本相同的横截面面积。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征是，该上游入口部分和该下游出口部分分别具有就可移动的基材的距离而言的高度(hl，h2)，其中该下游出口部分的高度(M)是该上 游入口部分的高度(hi)的至少两倍。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征是，该下游出口部分的高度(M)为至少10毫 米，优选为至少20毫米。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征是，该铸造结晶器靠近该下游出 口部分配备有冷却机构，用于从该复合锭的凝固的第二合金层散热。
17.一种用于实施根据权利要求1至16中任一项所述的方法的铸造设备，包括铸造结 晶器和用于相对该铸造结晶器移动由第一合金构成的基材的机构和用于给该铸造结晶器 的供应端补充第二合金的熔融原料的机构，其中该铸造结晶器包括给该铸造结晶器供应 熔融的第二合金的熔体供应端；带有至少一个出口的输出端，该至少一个出口用于在基材 相对于该铸造结晶器连续移动时将该熔融的第二合金向下浇铸到该基材上并随后注入由 在该基材上方的铸造结晶器限定的浇铸腔的浇道中，该输出端用于在这样的温度将熔融的 第二合金浇铸到该基材上，其中在该温度，自重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重 熔并至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池；该移动机构包括用于当该液池在重 熔之后连续冷却并在远离该基准点的位置上凝固并接合该基材而在从该铸造结晶器离开 前形成该复合锭时移动该熔融合金液池的机构。
全文摘要
本发明涉及用于铸造复合金属锭的方法和设备，该复合金属锭包括至少两个由一种或多种合金分别形成的层，该方法包括提供由第一合金构成的长条形固体的基材和第二合金的熔体；提供铸造结晶器，该基材和铸造结晶器可彼此相对移动，其中该铸造结晶器包括给铸造结晶器供应熔融的第二合金的熔体供应端和带有用于将熔融的第二合金向下浇铸到基材上的至少一个出口的输出端，在使铸造结晶器和基材连续彼此相对移动时，通过铸造结晶器的至少一个出口在这样的温度将熔融的第二合金向下浇铸到基材上表面，在该温度，在重熔区的基准点开始，该基材局部至少部分重熔并且至少部分与熔融的第二合金混合而形成合金液池，在重熔后，熔融的合金液池连续冷却并在远离基准点的位置凝固并接合该基材，从而在从铸造结晶器离开之前形成复合锭。
文档编号B22D19/00GK102089101SQ200980124851
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年7月4日
发明者A·博格, A·滕卡特, I·G·克罗弗, J·C·斯道姆 申请人:阿勒里斯铝业科布伦茨有限公司