专利名称：一种偏晶型合金薄板连铸方法
技术领域：
本发明属于偏晶型合金连铸技术，具体地说是一种偏晶型合金薄板连铸方法。
背景技术：
偏晶型合金的示意相图如图2所示。该类合金在液态存在着组元不混溶温度区间(L1+L2)。当均一的合金熔体冷却到L1+L2区内时，它将发生液-液相变(L→L1+L2)。该类合金十分广泛，如果它们能通过凝固形成弥散相均匀分布于基体的复合材料，则其中许多具有优异的特性和很重要的工业用途，例如，Bi-Ga合金具有半导体性能，Zn-Pb合金是良好的电化学材料，Al-Pb、Cu-Pb合金是良好的自润滑材料等。然而，由于该类合金的冶金特点，在常规的地面铸造技术条件下极易形成严重的比重偏析乃至组元分层的组织，其工业应用受到了严重限制。
偏晶合金具有的特殊的力学和物理性能，在工业上具有很好的应用前景，因此其研究吸引了越来越多人的注意。为了深入认识该类合金的凝固特性，国内外材料科学工作者，先后在地面和空间微重力条件下做了大量的实验研究工作，并开展了广泛的理论模拟，发现，当均一的偏晶合金熔体冷却至液-液两相区内时，弥散相液滴首先形核，随后，液滴在溶质扩散的作用下长大并在表面张力的驱动下粗化，在两液相间比重差的作用下做斯托克斯(Stokes)运动，在温度梯度的作用下做马拉格尼(Marangoni)迁移。液滴的运动导致液滴间的碰撞凝并、严重的相偏析乃至两相的空间分离。液-液相变过程中的组织演变是弥散相液滴形核、长大、粗化、碰撞凝并和两液相空间分离等各因素共同作用的结果，过程十分复杂，是决定偏晶合金凝固组织的关键。
大量的实验研究表明，快速凝固，特别是快速连续凝固是一种有希望用于偏晶合金制备的技术。但初步工作显示，即便在这种条件下，也会形成沿薄板厚度方向的偏析，另外，申请人在对偏晶合金的快速连续凝固过程进行模拟研究时发现，随着合金中弥散相组元含量的增加，熔体温度的提高，凝固界面前沿弥散相液滴尺寸增大，弥散相液滴的马拉格尼迁移速度增大。当弥散相液滴沿凝固方向的马拉格尼迁移速度大于凝固速度时，合金达不到稳定凝固状态(凝固界面前方不能建立起稳定的液-液两相区间)，连续凝固的薄板内将形成沿凝固方向的成分偏析。这些说明，即使在快速连续凝固条件下，为了获得高质量的偏晶合金，也应采取适当的措施，降低弥散相液滴的粗化速度，减轻相偏析的形成速度。
发明内容
为了克服上述困难，本发明提出一种利用恒定磁场作用下偏晶型合金薄板连铸方法。其目的是利用恒定磁场增加熔体的有效粘度，抑制熔体流动，减缓偏品合金凝固过程中弥散相液滴运动速度及其导致的液滴间的碰撞合并和两液相的空间分离，从而，制备弥散相粒子均匀分布于基体的偏晶合金板坯。
本发明的技术方案是一种偏晶型合金薄板连铸方法，采用薄板连铸装置，所述薄板连铸装置的冷却段及结晶器两侧外加恒定磁场，磁场强度为0.3～1特斯拉。
本发明的有益效果是本发明由普通的薄板连铸装置的冷却段及结晶器两侧外加恒定电磁场，确保偏晶合金的整个凝固过程处于恒定磁场的作用下完成，以便有效地减缓偏晶合金凝固过程中弥散相液滴的运动与粗化，降低偏析的形成速度。该方法能够实现偏晶型合金在磁场的作用下进行快速连续凝固，因为恒定磁场能够增加合金熔体的有效粘度，减缓偏晶型合金在液-液相变温度区间内弥散相液滴的运动速度，减轻弥散相液滴的碰撞凝并粗化速度和两个液相的分离速度，减轻合金的偏析现象，因此应用本发明能获得弥散相粒子分布均匀的偏晶型合金薄板。
图1为偏晶合金薄板连铸装置示意图。
图2为偏晶型合金的示意相图。
具体实施例方式
实施例1如图1所示，本发明所用的设备由普通的薄板连铸装置和恒定电磁场发生器5构成，即由钢浇包1、中间包2、浸入式水口3、结晶器4(铜质)、恒定电磁场发生器5、冷却段6、压辊7、冷却水嘴8组成，浇包1置于中间包2上方，中间包2底部的浸入式水口3插入结晶器4，结晶器4下方为冷却段6，冷却段6两侧平行设有压辊7，压辊7外侧有冷却水嘴8，所述冷却段6及结晶器4两侧面平行设置恒定电磁场发生器5，形成恒定电磁场，磁场强度为0.4特斯拉，由于电磁场位于结晶器4与冷却段6侧面，确保整个凝固区间(包括液-液相变区)处于恒定磁场内。
本发明工作过程如下钢浇包1内均一的偏晶合金熔体，通过中间包2保温后，由浸入式水口3逐渐流入结晶器4内，由于冷却段6的冷却作用，在结晶器下段偏晶合金熔体被冷却进入液-液相变温度区间而发生液-液相变，凝固过程在冷却段6内完成，压辊7连续运动，将冷却段6下拉，形成连铸。本发明采用薄板连铸装置可以达到快速凝固的目的，通过恒定电磁场发生器5同时对偏晶合金熔体施加恒定电磁场可以增加熔体的有效粘度，抑制熔体的流动，减轻弥散相液滴的运动速度，减缓偏晶合金凝固过程中弥散相液滴的粗化速度和两液相分离速度，从而保证整个液-液相变和凝固过程处于恒定电磁场的作用之下，在恒定电磁场和快速凝固的共同作用下，制备出弥散相分布均匀的偏晶合金薄板。
实施例2与实施例1不同之处是恒定电磁场强度为0.5特斯拉，在恒定电磁场和快速凝固的共同作用下，制备出弥散项分布均匀的偏晶合金薄板。
实施例3与实施例1不同之处是恒定电磁场强度为0.6特斯拉，在恒定电磁场和快速凝固的共同作用下，制备出弥散项分布均匀的偏晶合金薄板。
权利要求
1.一种偏晶型合金薄板连铸方法，采用薄板连铸装置，其特征在于所述薄板连铸装置的冷却段及结晶器两侧外加恒定磁场，磁场强度为0.3～1特斯拉。
全文摘要
本发明属于偏晶型合金连铸技术，具体地说是一种偏晶型合金薄板连铸方法。由普通薄板连铸装置的冷却段及结晶器两侧外加恒定磁场，磁场强度为0.3～1特斯拉。该方法能够实现偏晶型合金在磁场的作用下进行连续凝固，因为恒定磁场能够增加合金熔体的有效粘度，减缓偏晶型合金在液－液相变温度区间内弥散相液滴的运动速度，减轻弥散相液滴的碰撞凝并粗化速度和两个液相的分离速度，减轻合金的偏析现象，因此应用本发明能获得弥散相粒子分布均匀的偏晶型合金薄板。
文档编号B22D11/115GK1548258SQ0311167
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月14日 优先权日2003年5月14日
发明者赵九洲 申请人:中国科学院金属研究所