專利名稱：同步的多合金鑄造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及同步鑄造多種合金，特別涉及使用在多合金之間的金屬構(gòu)件的多鋁合金的直接冷模鑄造以形成多成份的鑄造產(chǎn)品和/或金屬構(gòu)件用作一坯料上的外層。
背景技術(shù)：
在使用傳統(tǒng)的直接激冷(DC)鑄造工藝制造鋁合金坯料中，熔化的鋁被澆入開口端的模型中。該模型的下端初始由稱之為底塊的平臺封閉同時模型內(nèi)形成熔化的金屬池。隨著熔化金屬的澆入，底塊被逐漸地按步降低。DC模型的壁連續(xù)地冷卻因此固態(tài)金屬外表層在與模型壁接觸中在模型中熔化的金屬池的表面層處形成。通過參考結(jié)合于此的美國專利No.4071072中介紹直接激冷鑄造的一個例子。在此傳統(tǒng)的工作中，單一熔化的鋁合金直接鑄成坯料。
這種鋁坯料經(jīng)常與其它合金結(jié)合以形成復(fù)合的產(chǎn)品。例如，可以用具有AA4000系列鋁合金覆蓋層的鋁業(yè)協(xié)會(AA)3000系列鋁合金制造熱交換器水箱或加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的黃銅制薄板。蒸發(fā)器薄板產(chǎn)品或板式熱交換器典型地包括一種在兩側(cè)上覆蓋4000系列鋁合金的3000系列鋁合金。同樣，散熱器通常用3000系列鋁合金制成并帶有4000系列覆蓋層和AA1000、5000、6000或7000系列鋁合金的水側(cè)襯里。覆蓋層是在板上傳統(tǒng)地滾壓結(jié)合形成在芯部合金(例如，3000系列鋁合金)坯料上。滾壓結(jié)合需要多個滾壓道次、修整、再加熱、和密封步驟以制造薄板型的覆蓋的合金。這些工藝都添加到最終的覆蓋的產(chǎn)品的成本上。此外，通過滾壓結(jié)合制造的覆蓋層的厚度通常限制到總板厚的大約僅35％。如果要滾壓結(jié)合的合金的機(jī)械性質(zhì)在滾壓溫度上很不接近，滾壓也可能極困難。例如，當(dāng)一種合金極易變形而另一種合金又不易變形時，則兩合金不能適當(dāng)?shù)孛芊饣蚱x要求的覆蓋比。
最近，試圖進(jìn)行鑄造的復(fù)合金屬產(chǎn)品。在DE4420697中介紹一種這種工藝，在該工藝中一種坯料合金DC鑄造在固定隔板的一側(cè)上同時另一種合金DC鑄造在該隔板的另一側(cè)上。這樣來控制該工藝，即在熔化狀態(tài)下兩種熔化的金屬彼此進(jìn)行接觸以提供一種兩熔化金屬的可控制的混合物。這樣，復(fù)合坯料的成份在垂直于二種金屬成份的接觸表面的方向連續(xù)地改變。單個合金成份的濃度連續(xù)地從一種合金的值變化到另一合金中的值。固定的隔板在模型內(nèi)保持該兩種成份彼此分開，以及該隔板被置于偏離中心處因此一種成份要比另一種小。在過程中最靠近模型的(較小的成份)合金比其它合金，也就是處于距底塊較大高度的，要較早冷卻與凝固。該底塊以一速度被抽出因而模型內(nèi)的熔化金屬的水平保持近似的平穩(wěn)。雖然一種合金在另一種之前凝固，但在兩熔化合金之間存在一個小的區(qū)域，在該小的區(qū)域內(nèi)該兩種熔化的金屬能夠流到另一種中并且短暫地混合以便促進(jìn)兩種合金之間的粘結(jié)。盡管這種方法在鑄造產(chǎn)品的兩種成份之間提供了某些粘結(jié)，但在鑄造過程中出現(xiàn)的成份的混合對成品是有害的。固定的隔板的位置對避免熔化的合金的相互混合也是關(guān)鍵。以這種方式同步鑄造的合金的性質(zhì)可能受合金成份混合的影響。這種方法也要求仔細(xì)控制熔化的金屬的流動以防止由于液體壓力差引起的混合同時仔細(xì)控制構(gòu)成較小成份的合金的凝固速度以確保剛好在隔板下面的區(qū)域中合金的只是暫短的混合。
在美國專利No.4567936中公開了另一種直接激冷鑄造復(fù)合坯料的方法，在該方法中一外層同步地鑄造到一內(nèi)成份里。根據(jù)這種方法，外層在熔化的內(nèi)合金里接觸之前凝固。這就避免了內(nèi)成份與外層二成份之間的混合。此方法的一個缺點(diǎn)是，在內(nèi)合金能在外層內(nèi)鑄造之前外層必須完全凝固。由于內(nèi)成份的熱量必須經(jīng)過外層排出到鑄造產(chǎn)品的外表面所以外層的厚度也受到限制。因此，最終多成份產(chǎn)品的構(gòu)形也受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
因而，本發(fā)明的目的是提供一種同步地以產(chǎn)品的合金之間最小的混合鑄造一種多合金金屬產(chǎn)品的方法同時該方法能制造各種構(gòu)形的鑄造金屬產(chǎn)品。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種鑄造多層金屬坯料的方法，包括放置金屬的隔板構(gòu)件到直接激冷模型中、把第一種熔化的金屬澆到隔板構(gòu)件的一側(cè)的模型中以及把第二種熔化的金屬澆到隔板構(gòu)件的另一側(cè)的模型中的步驟，以及允許第一種熔化的金屬和第二種熔化的金屬凝固以形成包括設(shè)置在二鑄造層之間的隔板金屬層的金屬坯料。從模型取出的多層的金屬壞料，包含至少兩鑄造層，包括由一隔板構(gòu)件層分開的第一種與第二種金屬。另一選擇，該隔板構(gòu)件可以放置在緊靠模型的一個壁，和單一的熔化的金屬被澆入模型中以產(chǎn)生結(jié)合到隔板構(gòu)件上的一鑄造層因而形成在坯料上的外殼或覆蓋層。該隔板構(gòu)件可以是具有達(dá)大約0.25英寸厚度的薄板或者是具有達(dá)大約6英寸厚度的板材。隔板件的位置可以在模型以內(nèi)移動以產(chǎn)生鑄造金屬的不同厚度。在模型中可以放置一個以上的隔板件以熔化的金屬傾倒入每個隔板件的相對兩側(cè)以制造具有由隔板構(gòu)件分開的至少三個鑄造層的金屬產(chǎn)品。導(dǎo)致隔板件之間達(dá)到強(qiáng)結(jié)合的分界面的基本原則是相同的不管在坯料內(nèi)隔板件放置在什么地方。隔板件也可以是管形的形狀。一種金屬澆入管狀隔板件而另一種金屬則澆入管狀隔板件與模型之間。
各該熔化的金屬可以是AA系列1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000或8000的一種合金。隔板件可以是在鑄造工序的過程中經(jīng)受暴露在熔化的鋁中的實(shí)心金屬。為了保持“清潔”環(huán)道的目的，隔板件最好是鋁或一種鋁合金或覆蓋的鋁產(chǎn)品，它們具有大于合金鑄造到其任一側(cè)的液態(tài)溫度的固態(tài)的溫度。最好是，隔板件的固態(tài)溫度至少是610℃。特別適合用于隔板件的金屬是一種AA1000系列的合金。另一種選擇，隔板件可以是鐵、鈦、鎂、銅或鎳的篩網(wǎng)合金的型式。


當(dāng)結(jié)合附圖從以下的介紹中將獲得對本發(fā)明的完全了解，其中相同標(biāo)號代表相同零件，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的同步制造具有雙鑄造層的復(fù)合金屬產(chǎn)品的裝置的部份剖視示意圖；圖2是在圖1所示裝置中制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例為制造具有一鑄造層的復(fù)合金屬產(chǎn)品的裝置的部份剖視示意圖；圖4是在圖3所示的裝置中制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面；圖5是根據(jù)本發(fā)明的為同步地制造具有三鑄造層的復(fù)合金屬產(chǎn)品的裝置的部份剖視示意圖；圖6是使用圖5所示的裝置中制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面；圖7是在圖1所示的裝置中使用滾壓結(jié)合于其上的附加層制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面。
圖8是在圖5所示的裝置中使用滾壓結(jié)合于其上的層制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面；圖9是根據(jù)本發(fā)明制造的金屬產(chǎn)品的橫剖面，其中復(fù)合產(chǎn)品的層的厚度在遍及產(chǎn)品的厚度上不是恒定的；圖10是在滾壓步驟后圖9的金屬產(chǎn)品的橫剖面；圖11是為使用管狀隔板件以制造金屬坯料的、同步鑄造多合金另一裝置的部份剖視示意圖；圖12是沿圖11所示的沿12-12線取的裝置的橫剖面；圖13是在圖11中所示的裝置中制造的金屬坯料的橫剖面。
圖14是根據(jù)本發(fā)明制造的坯料的橫剖面照片。
圖15是圖14所示的坯料的一部份的顯微金相照片。
圖16是熱滾壓之后圖14所示的坯料的一部份的顯微金相照片。
圖17是在冷滾壓之后圖6所示的坯料一部份的顯微金相照片。
圖18是根據(jù)本發(fā)明制造的另一坯料橫剖面的照片；圖19是根據(jù)本發(fā)明制造的另一坯料橫剖面的照片；以及圖20是根據(jù)本發(fā)明制造的另一坯料各層之間的分界面的照片。
具體實(shí)施例方式
為此后說明的目的，術(shù)語“上”、“下”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“頂”、“底”以及其派生詞將涉及到本發(fā)明在附圖中的方位。但是應(yīng)該理解，本發(fā)明可以采取各種不同的可變化的變型和步驟順序，除非明確表示與此相反。也應(yīng)該理解，附圖中所述的特定裝置與過程，以及在以下說明書中描述的，是本發(fā)明的簡單的舉例實(shí)施例。因此，此處公開的涉及到實(shí)施例的特定尺寸和其它物理特性不考慮作為一種限制。
本發(fā)明涉及鑄造多層金屬坯料的方法及由此制造的產(chǎn)品。本發(fā)明的方法使用圖1中示意表示的一種裝置2，該裝置使用一種傳統(tǒng)的直接激冷(DC)模型4。該直接激冷模型4限定一個水腔6和一個通過它直接向從模型4形成的坯料10的表面上噴水的窄長切口8。該鑄造坯料10在底塊12上凝固。
一個金屬的隔板件14懸掛在模型4中并座落在底塊12上。該金屬隔板件14在通過第一管道18送進(jìn)到模型4中的第一熔化金屬16與通過第二管道22送進(jìn)到模型4中的第二熔化金屬20之間提供一屏障。當(dāng)冷卻劑(水)加到坯料10的表面上的同時底塊12在箭頭A的方向抽出。底塊12的合適的速度為大約1至6英寸/每分鐘，最好是大約2至3英寸/每分鐘。當(dāng)此處引用此范圍時，該范圍包括所有的中間值。隔板件14保持與底塊12接觸并因而以底塊12運(yùn)行的速度向下運(yùn)行。設(shè)有可動的夾緊裝置(例如輪子)的吊車(未表示)可用于把隔板件14懸掛在裝置的上面并把隔板件14送到模型4中?？梢允褂闷渌臋C(jī)構(gòu)懸掛和把隔板件到模型中。
如圖1總的示出，第一和第二熔化的金屬16和20凝固。最靠近模型4的金屬16的部份24凝固最快，例如，小于大約10秒。類似地，金屬20的凝固出現(xiàn)在鄰近模型4的區(qū)域26。半凝固區(qū)域28和30在各第一凝固區(qū)域24和26的水平以下形成。在鄰近隔板件14的各個部位32和34金屬16和20也開始凝固。該部位24、26、32和34可以處在彼此相同的高度或者在距底塊12的不同高度處。在許多情形下，隔板件14的金屬的熔點(diǎn)低于進(jìn)來的熔化的金屬16和20的溫度。然而，隔板件14通過起熱阱的作用以及起金屬16和20之間的界面作用而不完全熔解并起防止金屬16和20的混合的作用。某些來自熔化的金屬16和20的熱傳到隔板件14中并繼而傳出延伸到并延伸出模型4的隔板件14的部份36。類似地，某些傳到隔板件14的熱量也繼而傳出隔板件以凝固熔化的金屬16和20下面的坯料10。該隔板件14可能受到極小的熔化(腐蝕)，但是這種最小量不影響鑄造到隔板件14的相對二側(cè)的金屬16和20的冶金性能。當(dāng)完全凝固時，金屬16和20構(gòu)成各自的由隔板件14分開的固態(tài)成份38和40。
隔板件14的極小的熔化提供隔板件14的成份與一側(cè)的金屬成份16和與另一側(cè)金屬成份的某些混合。該極小的混合的金屬凝固并因而將成份38和40粘到隔板件14上。當(dāng)隔板件14的溫度達(dá)到至少較高于成份38的液態(tài)溫度和成份40的溫度時，達(dá)到隔板件14與成份38和40之間的優(yōu)良的粘結(jié)。但應(yīng)該相信當(dāng)隔板件14初始接觸熔化的金屬16和20時，某些金屬的凝固迅速出現(xiàn)在隔板件14的表面上。此暫時的凝固未表示在圖1中。隔板件14表面上的固有的氧化物通常保留并成為夾在隔板件14和凝固的金屬之間。當(dāng)熔化的金屬溫度足夠高時，隨著隔板件14在箭頭A方向運(yùn)動該分隔器14局部地達(dá)到高于金屬16和20的液態(tài)溫度同時初始凝固的金屬再熔化。于是該隔板件14直接暴露于熔化的金屬16和20中，氧化物使隔板件14的少量熔化變得不穩(wěn)定。隨著隔板件14連續(xù)向下，熔化的金屬16和20的局部溫度降低到它們的液態(tài)溫度并開始凝固。該局部溫度繼續(xù)下降直到達(dá)到固態(tài)溫度，同時合金完全凝固形成成份38和40與隔板件14的各個側(cè)面的很強(qiáng)的結(jié)合。
或者或附加上熔劑可以加到隔板件14的兩側(cè)。熔劑可以直接加到隔板件14上(例如，用隔板件14涂覆熔劑)或者熔劑可施加到存在于模型4中的熔化的金屬16和20的上表面。就在隔板件14與熔化的金屬16和20接觸之前，該熔劑熔化并化學(xué)地減少隔板件14上的氧化物，否則該氧化物可能干擾熔化的金屬16和20粘結(jié)到隔板件14上。適合的熔劑包括氟化鉀鋁基的熔劑(例如，Nocolk)以及但不局限于基于氟化銫-鉀鋁基的熔劑和氟鋁酸銫基的熔劑。該熔劑可以是任何能夠通過在熔化的金屬16和20與隔板件14接觸之前的化學(xué)反應(yīng)去除氧化物層的材料。當(dāng)使用熔劑時，在鑄造過程中應(yīng)該使用低的熔化的金屬溫度以降低熔化已達(dá)到成份38和40較強(qiáng)粘結(jié)到隔板件14上的風(fēng)險。
圖2表示在裝置2中制造的坯料10的橫剖面。該坯料10被表示成具有矩形的構(gòu)形且隔板件14對中地置于成份38和40的二層之間。但是，隔板件14可以被放在不對中的位置并且距坯料10的兩側(cè)表面42和40盡可能地近在大約0.5英寸。該隔板件14具有其二邊緣46和48之間的略小于邊緣49a和49b之間的坯料10的寬度的寬度。邊緣46和48最好被放在距模型4大約0.1至大約3英寸的地方，在圖2和6-8中未按比例表示。冷卻速度在靠近坯料10的表面處為最高，和在坯料的表面處熔化的金屬16和20迅速凝固。邊緣46和48周圍的熔化的金屬的快速凝固可使熔化的金屬16和20的混合的機(jī)會最小化。然而，某些較小的混合可以增強(qiáng)固態(tài)成份38與40粘結(jié)在一起。不論怎樣，坯料的邊緣49a和49b在滾壓過程一般被修剪去以消除邊緣開裂所以這些在隔板件14的邊緣46和48周圍相互混合的區(qū)域一般被丟棄。
該隔板件14的厚度可以處在大約0.07英寸至大約0.25英寸之間的厚度范圍(稱為薄板)或者超過大約0.25英寸至6英寸厚(當(dāng)達(dá)一英寸時有時稱之為中薄板同時當(dāng)達(dá)6英寸厚時通常稱之為中厚板)。隔板件14較優(yōu)選地是坯料10的厚度的大約0.5％至大約6％，更優(yōu)選地是大約坯料10的厚度的大約1％至大約3％。當(dāng)熔化隔板件14的風(fēng)險是低的以及/或要求的坯料10的冶金或結(jié)構(gòu)特性要求層14具有最小厚度時，可以使用較薄的隔板件14。相反，一個較厚的隔板件14可以提供對熔化的金屬16和20的混合更重要的屏障并可用作多層坯料中的一層。
如果隔板件14過快將熱量傳出凝固的金屬16和20，所形成的成份38和40易于斷裂。因此，當(dāng)隔板件14超過大約0.25英寸厚時，可以要求把該隔板件14預(yù)熱到熔化的金屬16和20的溫度的大約400℃以內(nèi)因而減少隔板件14的傳熱率。
通常，隔板件14具有至少為610℃的熔點(diǎn)。該隔板件14可以是鋁合金同時最好是包含至少大約97％的鋁，且具有高的固態(tài)溫度，諸如AA1000系列合金。其它合適的用于隔板件14的材料是包含鋁合金、不銹鋼、鎳合金、鈦合金、鎂合金和其組合的多層并通過覆蓋、鍍或涂覆于其上的復(fù)合產(chǎn)品?？梢赃x擇隔板件14的物質(zhì)組成與化學(xué)性質(zhì)以改善要鑄造的最終產(chǎn)品的抗蝕能力。例如，鋅添加到隔板件14中可使之比至少成份18和40的一種更負(fù)的電化學(xué)性質(zhì)。這導(dǎo)致鍍鋅保護(hù)，使得富鋅區(qū)(隔板件14和鋅已擴(kuò)散到成份38和40的部分中)可對成份38和40的更陰極合金進(jìn)行陰極保護(hù)。隔板件14可以限定多個小孔以使熔化的金屬16和20之間的有些潤濕而沒有明顯地混合。另一選擇隔板件14可以是鐵、鈦、鉬或其合金制造的篩網(wǎng)。合適的篩網(wǎng)是14×18目大約0.01英寸厚，或32×32目大約0.06英寸厚。
熔化的金屬16和20可以是相同的或不同的，和每一種最好是鋁合金，可以是AA系列1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000或8000的一種合金。其它合適的材料可以包括鎂合金。對于熔化的金屬之一要求特殊合金的產(chǎn)品，則另一熔化的金屬可以具有高碎片合金成份。低量碎片金屬可與特種合金的薄層同時鑄造以制造具有特殊化表面的高量產(chǎn)品如反射器薄片、陽極化產(chǎn)品、建筑產(chǎn)品等等。
第一種熔化的金屬16的溫度可以大約等于第二種熔化的金屬20的溫度，或者第一種與第二種熔化的金屬的溫度可以相差高達(dá)大約150℃。在鑄造過程中選擇和控制熔化的金屬16和20的溫度是關(guān)鍵的，特別當(dāng)不使用熔劑時。當(dāng)不使用熔劑以去除隔板件14上的氧化物時，熔化的金屬的溫度的選擇應(yīng)使得隔板件14的溫度升高到熔化的金屬16和20的液態(tài)溫度以上。
當(dāng)使用熔劑或者當(dāng)隔板件14的材料這樣選擇成使得在接觸熔化的金屬16和20之前瓦解氧化物或者當(dāng)在存在于隔板件14的表面上的氧化物不損害達(dá)到較強(qiáng)的結(jié)合時可以使用低的熔化的金屬溫度，并且隔板件無需達(dá)到熔化的金屬16和20的液態(tài)溫度。事實(shí)上，希望隔板件14不要達(dá)到液態(tài)溫度因?yàn)橥ㄟ^初始在隔板件14上凝固的金屬該隔板件14仍然保護(hù)熔化的金屬16和20。在任何情況下，熔化的金屬的溫度不能太高以致于使完全熔化隔板件14。隔板件14的某些熔化是可以接受的，但是隔板件14的完全熔化，即使是局部的(即“燒蝕”了)，也是不希望的。用于此過程的溫度取決于熔化的金屬16和20以及隔板件14的物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)。
參照圖3和4，本發(fā)明也用于制造具有單一的帶分隔器金屬層的鑄造層的復(fù)合坯料。在系統(tǒng)2’中，可以把隔板件14送到模型4的鄰近模型4壁的一個位置，和熔化的金屬16通過管道18提供到模型4中。該金屬16在半凝固區(qū)28中開始凝固并最終地以類似于上述金屬16的凝固的方式作為粘結(jié)到隔板件14上的成分38而凝固以產(chǎn)生一坯料10’。本發(fā)明的此實(shí)施例允許制造具有結(jié)合到一鑄造層38上的凝固層14的一種坯料10’，這樣就避免現(xiàn)有技術(shù)的滾壓結(jié)合工藝。熔劑可以施加到隔板件14的表面上，該構(gòu)件接觸系統(tǒng)2’中的熔化的金屬，或者熔劑可施加到上述熔化的金屬16的池的表面。坯料10的隔板件14和成份38可以從上述為坯料10所列的相同材料中選擇。
本發(fā)明的方法也用于鑄造多于兩種熔化的金屬。例如，在圖5所示的裝置50中，可以在直接激冷模型4中提供二個隔板件14和52同時通過管道18、22和54提供三種熔化的金屬16、20、和53到模型中。以類似于上述的方式實(shí)施由三種分立的熔化的金屬16、20、和53鑄造一種坯料60。熔化的金屬16首先在兩個位置24(鄰近模型4)和32(鄰近隔板件14)凝固，同時熔化的金屬20首先在兩個位置34(鄰近隔板件14)和位置55(鄰近隔板件52)凝固。熔化的金屬53首先在位置56(鄰近隔板件52)和位置57(鄰近模型4)凝固。凝固的金屬16、20、和53形成各自的半凝固區(qū)域28、30、和58。位置24、32、34、55、56、和57可以彼此在相同的高度或者處在距底塊12的不同高度上。最后的產(chǎn)品包括三個彼此由隔板件14和52分開的鑄造層38、40、和62，如圖6所示。隔板件14和52放置在圖5的模型內(nèi)類似于圖1的隔板件14。隔板件14和15之間的距離基于坯料60中成份38、40、和62的要求的厚度和模型4的尺寸來選擇。圖5和6中所示的實(shí)施例涉及同時鑄造以分隔器層置于其間的三種合金，因而制造五層的產(chǎn)品。這不意味限制。多于三種合金可以根據(jù)本發(fā)明同時鑄造成矩形或者通過使用其它形狀的模型(例如正方形或橢圓形)鑄造成其它構(gòu)形。
附加的金屬層可以結(jié)合到鑄造多層的坯料10和60上形成圖7和8所示的產(chǎn)品70和80。產(chǎn)品70包括坯料10和一對滾壓結(jié)合到坯料10的金屬層72。產(chǎn)品80包括滾壓結(jié)合于其上的金屬層82的坯料60。產(chǎn)品70和80的每一個可以具有一或兩個相應(yīng)的層72和82。當(dāng)包括兩層72如圖7所示時，那些層的金屬可以相同或彼此不同。該層72和80也可以是根據(jù)本發(fā)明或由傳統(tǒng)的滾壓結(jié)合實(shí)踐制造的多成份產(chǎn)品。
本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明制造的多層金屬坯料是接著通過例如滾壓成板或薄板時，它被運(yùn)出。在傳統(tǒng)的滾壓結(jié)合的坯料中，在坯料的末端處覆蓋層的厚度常常成倍于在滾壓過程中成為不可接受的薄。由復(fù)合的坯料制成的卷的邊緣必須修整和削去因此覆蓋層在整個卷曲的寬度上是不均勻的厚度。大約4英寸(對大約3-5％的覆蓋層)至大約8英寸(對大約10-15％的覆蓋層)的邊緣修整典型地用于傳統(tǒng)的滾壓結(jié)合的黃銅制的薄板。通過制造如圖9所示的坯料90在本發(fā)明中可以使這種廢金屬損耗最小化，該坯料具有精確形狀的隔板件92，而金屬94和96鑄造在其相對的兩側(cè)面。該鑄造的金屬96(對應(yīng)傳統(tǒng)的覆蓋層)在坯料90的邊緣最厚。當(dāng)把坯料90滾壓到一板90’上時，隔板件92’變平，并且鑄造金屬94’和96’是基本上均勻的厚度如圖10所示。該隔板件92可以被減縮或彎曲成其它構(gòu)形以局部地實(shí)現(xiàn)鑄造在其兩側(cè)面的金屬的不同的厚度。
本發(fā)明也用于制造圓柱形多合金的產(chǎn)品(例如，金屬短錠)。圖11和12所示的本發(fā)明的實(shí)施例包括裝置100，它具有一圓柱形模型104確定一水腔106和一個窄長切口108，通過該切口水直接噴射到由模型形成的坯料110的表面上。該鑄造的坯件110座落在沿箭頭B的方向運(yùn)行的圓形底塊112上。一管狀隔板件114被送進(jìn)到模型104中并在從管狀分隔器114外面的管道118送進(jìn)的熔化金屬116與從管狀分隔器114里面的另一管道(未表示)送進(jìn)的熔化的金屬120之間起一屏障作用。隔板件114的釋放和底塊112的運(yùn)動如上述有關(guān)裝置2的描述那樣受控制。該管狀隔板件114可限定一縱向的窄槽122以便在鑄造過程中熔化的金屬120容易進(jìn)入隔板件114。特別在開始的過程，熔化的金屬120可以通過靠近底塊112的窄槽122進(jìn)入管狀隔板件114而不是將熔化的金屬澆入管狀隔板件114，這種澆入方式可能導(dǎo)致對熔化的金屬120的擾動。該窄槽122可以足夠窄(例如大約1至大約20英寸寬。取決于要鑄造的金屬短錠的尺寸)且可以向下延伸到金屬116和120的熔化池中以防止鄰近窄槽122處熔化的金屬116和120之間的過份混合。熔化的金屬116首先在鄰近模型104的區(qū)域124處凝固同時熔化的金屬120首先在鄰近管狀隔板件114的區(qū)域126處凝固。一個環(huán)狀的半凝固區(qū)域128在第一凝固區(qū)域124的水平之下形成，同時一個圓柱形半凝固區(qū)域130在區(qū)域126的水平之下形成。當(dāng)完全凝固時，金屬116和120形成由管狀隔板件114分開的各自的固態(tài)成份138和140。在裝置100中制造的金屬短錠110的橫剖面如圖13中所示。
本發(fā)明提供超過傳統(tǒng)覆蓋層產(chǎn)品的重要改進(jìn)。滾壓結(jié)合產(chǎn)品的覆蓋率通常最大是35％，即滾壓結(jié)合層之間的界面一般可以不大于距坯料任意一面的距離的大約35％。在本發(fā)明中，對鑄造層的僅有限制就是鑄造層至少是1英寸厚以允許熔化的金屬在遍及整個坯料寬度上的分布?？梢杂帽景l(fā)明結(jié)合在一起的合金比那些可以可靠地和/或經(jīng)濟(jì)地滾壓結(jié)合在一起的合金要多很多。產(chǎn)品的質(zhì)量在消除滾壓結(jié)合的氣泡方面有改進(jìn)。用于初始斷裂或滾壓根據(jù)本發(fā)明制造的坯料的熱軋機(jī)的制造率也明顯地提高，因?yàn)榭梢韵S多密封的道次。
雖然以上總體地描述了本發(fā)明，但以下特別的實(shí)例則給出本發(fā)明典型產(chǎn)品與工藝步驟的附加的說明。
實(shí)例1-3在實(shí)例1-3的每一個中，AA1350(20英寸寬，0.375英寸厚，和24英寸長)的薄板被放置在12英寸×22英寸模型的中央，模型橫跨寬度，薄板邊緣和模型壁之間有大約1英寸的縫隙。在每一個例子中，列在表1中的合金的熔化的金屬A澆入薄板一側(cè)的模型中，同時列在表1中的合金B(yǎng)的熔化的金屬B倒?jié)脖“辶硪粋?cè)的模型中。在實(shí)例3中，熔劑施加到接觸熔化的金屬A的薄板的一側(cè)。該金屬在薄板的相對兩側(cè)鑄造，而座落于其上的底塊與薄板以每分鐘2.75英寸的速度降低。具有結(jié)合在合金A層和合金B(yǎng)層之間的AA1350薄板的一個12英寸×22英寸×大約42英寸的坯料被制造出。
表1

*在例1中未連續(xù)測量溫度范圍，且無平均±標(biāo)準(zhǔn)偏差被記錄*例1的熔化的金屬B為接近AA7051合金，但不符合真正的AA7051的限制從實(shí)例1的坯料剖切出一塊料，該料在沒有任何沿AA1350薄板和AA3003和7051鑄造層間的界面的分層的情形下被滾壓(熱和冷滾壓)。圖14顯示通過坯料水平切割的照片。圖15顯示AA合金3003層和改性AA合金7051之間的界面的密集金相顯微照片表示薄板的最小腐蝕。坯料的一部分被熱滾壓到0.25英寸(如圖16所示)，繼而冷滾壓到0.005英寸(如圖17所示)。
圖18顯示通過在實(shí)例2中制造的坯料水平剖切的照片。
圖19顯示通過在實(shí)例3中制造的坯料水平剖切的照片。重復(fù)實(shí)例3但未施加熔劑，在極化的光下在剝皮器蝕刻中蝕刻之后AA3003/AA1350/AA4343的界面的金相顯微照片示于圖20以示出界面顯微結(jié)構(gòu)細(xì)部。
權(quán)利要求
1.一種鑄造多層金屬坯料的方法，包括以下步驟(a)將金屬隔板件放入直接激冷模型中；(b)將第一熔化的金屬澆入隔板件一側(cè)的模型中；(c)使第一熔化的金屬凝固以形成一金屬坯料，該坯料包括鄰近第一金屬層的隔板件金屬層；以及(d)從模型中取出多層的金屬坯料。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于步驟(b)中還包括將第二熔化的金屬澆入分隔器另一側(cè)的模型中，使得步驟(c)的坯料包括置于第一金屬層與第二金屬層之間的隔板件金屬層。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于隔板件包括一具有大約0.07至大約0.25英寸厚度的薄板。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于隔板件包括一具有超過大約0.25至大約6英寸厚的厚度的板。
5.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件限定多個穿通的孔。
6.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件包括一篩網(wǎng)。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于篩網(wǎng)包括鐵、鈦、鉬或其合金。
8.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件是管狀的，第一和第二熔化的金屬中的一個澆入管狀隔板件中，而另一個熔化的金屬澆在管狀隔板件與模型之間。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其特征在于管狀隔板件限定一縱向的切口。
10.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于第一和第二金屬各包括一種鋁合金。
11.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于第一金屬和第二金屬是不同的成份。
12.按照權(quán)利要求10的方法，其特征在于第一金屬和第二金屬各是從包括1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、和8000的組中選出的一種鋁業(yè)協(xié)會系列的合金。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其特征在于隔板件具有至少610℃的熔點(diǎn)。
14.按照權(quán)利要求12的方法，其特征在于隔板件包括一種鋁業(yè)協(xié)會1000系列合金。
15.按照權(quán)利要求12的方法，其特征在于隔板件包括從包含鋁合金、鋼、鈦合金、銅合金、鎂合金和鎳合金的組中選出的材料的多層的復(fù)合物。
16.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于步驟(a)還包括將另一金屬的隔板件放入模型中，步驟(b)還包括將第三熔化的金屬澆到另一隔板件一側(cè)以制造一坯料，該坯料包括在第一、第二和第三金屬層之間相互分開的一對隔板金屬層。
17.按照權(quán)利要求16的方法，其特征在于第一金屬、第二金屬和第三金屬各是從包含1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000、和8000的組中選出的鋁業(yè)協(xié)會系列合金。
18.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于坯料以大約每分鐘1至大約每分鐘6英寸的速度從模型中抽出。
19.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于坯料以大約每分鐘2至大約每分鐘3英寸的速度從模型中抽出。
20.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于從隔板件一表面到坯料最靠近的邊緣的距離是至少0.5英寸。
21.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件是平面的，并且步驟(2)還包括將隔板件的相對邊緣放置到距模型大約0.1英寸至大約3英寸。
22.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于第一熔化的金屬的溫度大約等于第二熔化的金屬溫度。
23.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于第一熔化的金屬的溫度與第二熔化的金屬的溫度差150℃或少于150℃。
24.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件的金屬的溫度大于第一金屬和第二金屬各個的液態(tài)溫度。
25.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于隔板件的至少一側(cè)涂覆熔劑。
26.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于第一熔化的金屬與第二熔化的金屬在模型中形成熔化的金屬池和還包括把熔劑加到熔化的金屬池的表面的步驟。
27.一種多層的金屬產(chǎn)品，包括一層隔板金屬的；以及直接激冷鑄造到所述隔板金屬層的一側(cè)上的一第一金屬層。
28.按照權(quán)利要求27的金屬產(chǎn)品，其特征在于還包括直接激冷鑄造到所述隔板金屬層的另一側(cè)的第二金屬層。
29.按照權(quán)利要求27的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述隔板金屬包括一含有至少大約97％的鋁的合金。
30.按照權(quán)利要求28的金屬產(chǎn)品，其特征在于各所述第一金屬層和所述第二金屬層是從包含1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和8000的組選出的鋁業(yè)協(xié)會系列合金。
31.按照權(quán)利要求27的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述隔板金屬層的厚度是所述金屬產(chǎn)品的厚度的大約0.5至大約0.6％。
32.按照權(quán)利要求27的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述隔板金屬層的厚度是所述金屬產(chǎn)品的厚度的大約1至大約3％。
33.按照權(quán)利要求27的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述金屬產(chǎn)品是一鑄錠或一金屬短錠。
34.按照權(quán)利要求33的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述隔板金屬層是大約0.07至大約0.25英寸厚。
35.按照權(quán)利要求33的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述隔板金屬層是超過大約0.25至大約6英寸厚。
36.按照權(quán)利要求28的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述金屬產(chǎn)品是一板、一薄板或箔。
37.按照權(quán)利要求36的金屬產(chǎn)品，其特征在于還包括滾壓結(jié)合到所述第一金屬層和所述第二金屬層中的一層上的一個外金屬層。
38.按照權(quán)利要求36的金屬產(chǎn)品，其特征在于還包括一對外金屬層，所述各外金屬層被滾壓結(jié)合到所述第一金屬層和所述第二金屬層的一個上。
39.按照權(quán)利要求37的金屬產(chǎn)品，其特征在于所述外金屬層包括一對直接激冷鑄造到隔板金屬層的相對兩側(cè)的金屬層。
40.按照權(quán)利要求28的金屬產(chǎn)品，其特征在于還包括至少一層另外層隔板金屬以及至少一直接激冷鑄造到隔板金屬的所述另外層上的其它金屬層，并且第一或第二金屬中的一個是直接激冷鑄造到所述的另外層隔板金屬的另一側(cè)上。
41.按照權(quán)利要求28的金屬產(chǎn)品，其特征在于隔板金屬的熔點(diǎn)高于第一金屬和第二金屬的每一個的熔點(diǎn)至少大約5℃。
42.一種多層的金屬坯料，包括一隔板金屬層；一結(jié)合到所述隔板金屬層的一側(cè)的第一金屬層，以及一結(jié)合到所述隔板金屬的另一側(cè)的第二金屬層，其中所述隔板金屬層的厚度不大于所述坯料的厚度的大約3％。
43.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于各所述第一金屬層和所述第二金屬層是直接激冷鑄造到所述隔板金屬層上。
44.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于所述隔板金屬包括一種包含至少大約97％的鋁合金。
45.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于各所述第一金屬層和所述第二金屬層是從包含1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和8000的組中選出的一種鋁業(yè)協(xié)會系列合金。
46.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于所述隔板金屬層是大約0.07至大約0.25英寸厚。
47.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于所述分隔器金屬層是超過大約0.25英寸至大約6英寸厚。
48.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于還包括滾壓結(jié)合到所述第一金屬層和所述第二金屬層的一個上的外金屬層。
49.按照權(quán)利要求48的坯料，其特征在于所述外金屬層包括一對直接激冷鑄造到隔板金屬層的相對兩側(cè)上的金屬層。
50.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于還包括一對外金屬層，所述各外金屬層被滾壓結(jié)合到所述第一金屬層和所述第二金屬層的一個上。
51.按照權(quán)利要求42的坯料，其特征在于還包括至少一個另外的隔板金屬層和至少一個另外的直接激冷鑄造到所述另外的隔板金屬層一側(cè)上的金屬，第一和第二金屬中的一種金屬直接激冷鑄造到另外的隔板金屬層的另一側(cè)上。
52.按照權(quán)利要求51的坯料，其特征在于所述各第一金屬、所述第二金屬、和所述至少一個另外的金屬是從包括1000、2000、3000、4000、5000、6000、7000和8000的組中選擇的鋁業(yè)協(xié)會系列的合金的一種。
全文摘要
一種鑄造多層的金屬坯料的方法，包括在直接激冷模型(4)中提供金屬的隔板件(14)，向隔板件一側(cè)的模型中澆入第一熔化的金屬并向隔板構(gòu)件另一側(cè)的模型中澆入第二熔化的金屬同時允許該第一熔化的金屬和第二熔化的金屬凝固以形成金屬坯料(10)，該金屬坯料包括置于其間的隔板金屬層。
文檔編號B22D11/00GK1575214SQ02821053
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月23日
發(fā)明者雷蒙德·J·基爾默, 詹姆斯·L·柯比 申請人:阿爾科公司