[发明专利]一种温型铸造方法

说明书

技术领域

 本发明属于金属铸造技术领域，特别是提供了一种温型铸造方法。

背景技术

铸造在金属的生产中具有举足轻重的地位。随着金属材料种类和产品品种的不断增加，应用领域的快速拓展，以及高新技术的迅猛发展和人们生活水平的日益提高，世界面临环境恶化、资源与能源短缺的现状，对金属铸造过程的节能降耗、短流程、高效率、低成本以及铸坯质量的要求越来越高。

铸型是铸造中使液态金属成为固态金属，获得所需形状铸坯的容器，是铸造中的关键部件和“心脏”，对铸坯的质量和产量起着重要作用。目前金属铸造所采用的铸型主要有冷却铸型（简称“冷型”）、加热铸型（简称“热型”）和两相区铸型。

现在大规模产业化实施的传统连铸方法和半连铸方法就是采用的冷却铸型，即通过对铸型四周施加循环水进行强制冷却，使得铸型温度远低于金属的固相线温度以下，金属熔体首先在铸型的急冷作用下凝固，并逐渐向中心生长，最终获得从铸坯表面往芯部的微观组织分别为细小等轴晶、垂直于表面的柱状晶和粗大等轴晶的铸坯。采用冷却铸型的传统连铸方法和半连铸方法具有生产效率高等优点，但是存在着易形成树枝状晶，产生偏析、缩孔和疏松等缺陷，铸坯表面质量较差，后续塑性加工前需要铣面，材料利用率低，工艺流程长，生产成本高，以及铸坯变形性能普遍不好，产品质量难以满足更高使用要求等问题[张小平，梁爱生. 近终形连铸技术. 北京：冶金工业出版社，2001]；而且对于具有宽固液两相区的金属，采用冷型连铸方法更加难以制备高质量的铸坯。

新兴的半固态连铸方法也是采用的冷却铸型，通过将制备的半固态浆料流入冷却铸型中，使半固态浆料在铸型的四周激冷作用下实现快速凝固，获得微观组织由具有蔷薇花状或类球形的非枝晶的初生相与剩余液相激冷形成的细小共晶体构成的铸坯[Flemings M C. Behavior of metal alloys in the semisolid state. Metallurgical and Materials Transactions A，1991，22A（5）：957-981；张奎，等. 电磁搅拌法连铸半固态铝合金及其凝固组织分析. 中国有色金属学报，2000，10（1）：47-50]。半固态连铸方法适用于具有固液两相区（特别是宽固液两相区）金属铸坯的制备，所得铸坯晶粒细小，不存在宏观偏析，性能均匀，易于近终成形，但是不能用于纯金属和共晶合金的铸造成形，存在着铸坯表面质量较差，铸坯内部容易产生缩孔、疏松等缺陷，生产效率较低、连铸过程工艺参数不易控制、铸坯的综合性能难以满足更高使用要求等不足。

采用加热铸型的连铸方法称作热型连铸法（又称连续定向凝固法），是将冷型连铸的冷却铸型改为加热铸型（即通过对铸型进行加热，使铸型温度高于金属的液相线温度以上），在铸型出口附近对已凝固金属进行强制冷却，在凝固金属与未凝固熔体间建立起沿拉坯方向的高温度梯度，使其具备定向凝固条件，从而连续获得具有单向凝固的连续柱状晶或单晶组织的无限长铸坯。利用热型连铸方法可获得表面光洁度好、具有连续柱状晶或单晶组织且后续加工性能优异的铸坯，但是存在着铸型加热温度高、能耗大，易拉漏，生产效率低、产品的横截面积较小，以及难以用于固液两相区较宽金属的铸造成形等不足[谢建新，等. 材料加工新技术与新工艺. 北京：冶金工业出版社，2004]。

定向凝固方法同样采用的是加热铸型，是在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，可以获得具有单向凝固的柱状晶或单晶组织且性能优异的铸坯，但是存在着铸型加热温度高、能耗大，铸坯长度有限，在铸坯顶部易出现等轴晶，且晶粒粗大，以及难以用于固液两相区较宽金属的铸造成形、生产效率低等缺点[周尧和，胡壮麒，介万奇. 凝固技术. 北京：机械工业出版社，1998]。

两相区铸造方法是发明人等提出的一种新型的铸造技术，已获授权国家发明专利[刘雪峰. 一种铸型温度为固液两相区温度的铸造设备与方法. 中国发明专利，授权号ZL201010148612.7，授权日2012-10-03]。两相区铸造方法采用的是两相区铸型，是将铸型温度控制在金属的固液两相区温度范围内（即通过对铸型进行加热，使铸型温度保持在金属的固相线温度和液相线温度之间），并在两相区铸型出口附近对已凝固金属进行强制冷却，获得的铸坯表面光洁度好，组织致密、成分分布较为均匀，具有晶包晶组织，塑性加工性能、力学性能、物理性能和化学性能优良，但是不能用于纯金属和共晶合金的铸造成形，且存在着铸型加热温度高、能耗大、拉坯速度不能太快等不足。