[发明专利]大块非晶合金分步冷却连续铸造方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种非晶合金连续铸造方法，尤其涉及一种大块非晶合金分步冷却连续铸造方法，属于金属材料铸造技术领域。

背景技术：

与普通晶态合金相比，非晶合金具有许多优越的力学性能和物理化学性能，因此，三维方向尺寸均在1mm以上的块体铸造非晶合金自上世纪九十年代开发成功以来，受到了材料科学与工程界的广泛关注。不过，该类材料在铸造时仍要求有较高的冷却速度，其制备方法目前主要局限于整体液淬、铜模铸造、金属型高压铸造、真空吸铸、挤压铸造、电弧熔化随炉冷凝等(富莉，缓冷大块非晶合金的发展现状，金属功能材料，1998，增刊，p39-53)。

个别研究者还对单向凝固大块非晶进行了实验。其实现手段之一是，在真空电弧炉的水冷坩锅上开一凹槽，放入合金料，在电弧从一端向另一端移动化料的同时，边熔化边凝固。另一种单向凝固非晶合金的方法，则是将置于柱形坩锅中的合金料在单向凝固炉中熔化，然后连同坩锅一起向下淬入冷却液中，在下降过程中逐渐完成合金液向非晶体的凝固(Z.P.Lu，T.T.Goh，Y.Li and S.C.Ng，Glass formation in La-based La-Al-Ni-Cu-(Co)alloys by Bridgmansolidification and their glass forming ability，Acta Materialia，1999，Vol.7，p2215-2224)。

事实上，与晶态材料不同，非晶形成过程中不产生凝固组织花样，相应不存在组织的取向问题，任何铸造方法得到的非晶在结构和性能上没有本质的区别，因此与其它大块非晶铸造方法相比，上述两种单向凝固技术并无多少优点，它们同样要求使用和铸件一样长的铸型。

相比之下，大块非晶合金若能实现连续铸造，就可简化铸型，显著提高生产效率。然而，常规连铸时，合金液是以一定的过热温度浇入冷凝器中的，冷凝器不仅要导出合金液自熔点温度降至玻璃转变温度时放出的热量，而且要导出从浇注温度降至熔点温度时的过热热量，由此显著影响了合金液在冷凝器中的冷却强度，使大块非晶合金的连铸变得非常困难。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种大块非晶合金分步冷却连续铸造方法，改变常规金属材料连铸时的冷却工艺，降低进入冷凝器的液态金属温度，实现大块非晶合金的连铸，经济地为非晶合金零件的制造提供坯料。

为实现这样的目的，本发明的技术方案中，采用了分步冷却的连续铸造方法，在连铸装置中增加了液流分散器，合金液在进入冷凝器之前，先经过液流分散器的冷却，再浇入铸型，进一步冷却到玻璃化转变温度以下，冷凝形成非晶。

根据经典形核理论，过冷合金液形核的孕育时间随着过冷度的增大先缩短，后延长，即呈所谓的C曲线形状。合金液形成非晶的关键是要在C曲线的鼻尖温度T_n以上快速冷却，一旦合金液被成功过冷至T_n以下，对冷却强度的要求将迅速降低。形核C曲线的位置还和铸型对液态合金形核的触发能力有关。随着铸型触发形核能力的降低，C曲线右移，形成非晶的临界冷却速度降低。当非均质形核被完全抑制时，该临界冷却速度成数量级降低。依据这样的科学原理，本发明的具体连续铸造方法按如下步骤进行：

第一步：将大块非晶合金料在坩锅中熔化、过热至其熔点温度以上200-300℃，并在该温度进行10-30分钟的保温处理。

合金在坩锅中进行熔化过热可采用电阻加热、感应加热或其它加热方式，为尽力减轻坩锅与合金液间的反应，坩锅材料应尽可能选用化学稳定性和热稳定性好的材料制造。

第二步：提起坩锅柱塞，使合金液自坩锅底部的浇口流出，进入下方的液流分散器。在此合金液被分散成许多小的流股，在其下落过程中，与惰性气体进行强制换热，同时向外辐射传热，其温度被迅速冷却至T_n温度左右。