專利名稱：采用平面凝固來生產(chǎn)具有可變組分的錠的方法
采用平面凝固來生產(chǎn)具有可變組分的錠的方法相關(guān)申請的交叉引用本申請要求序列號為No. 61/180391、申請日為2009年5月21日的美國臨時專利申請的優(yōu)先權(quán)，通過引用將其全部內(nèi)容在此并入。

發(fā)明內(nèi)容
一種鑄造金屬的方法，其中，平面定向凝固與輸入變化組分的金屬相結(jié)合，以生產(chǎn)沿錠厚度方向具有變化組分、橫跨錠寬度和厚度具有基本恒定組分的錠。一種鑄造金屬的方法，包括下面的步驟。通過第一控制裝置將第一組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，該第一控制裝置打開，其中，該輸入包括第一輸送室的流出。關(guān)閉第一控制裝置。打開第二控制裝置。通過第二控制裝置將第二組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，模腔內(nèi)至少一部分的第一組分的金屬充分熔融，以便使初始輸入的第二組分的熔融金屬與模腔內(nèi)第一組分的熔融金屬混合，其中，該輸入包括第二輸送室的流出，其中，第二組分與第一組分不同。從模腔中取出錠，其中，該錠具有頂部、中部和底部，其中，底部由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，頂部由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，中部由第一和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。一種鑄造金屬的方法，包括下面的步驟。通過第一控制裝置將第一組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，該第一控制裝置打開，其中，該輸入包括第一輸送室的流出。關(guān)閉第一控制裝置。打開第二控制裝置。排出位于第一輸送室和第一控制裝置之間的任何第一組分的熔融金屬。通過第二控制裝置將第二組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，模腔內(nèi)至少一部分的第一組分的金屬充分熔融，以便使初始輸入的第二組分的熔融金屬與模腔內(nèi)第一組分的熔融金屬混合，其中，該輸入包括第二輸送室的流出，其中，第二組分與第一組分不同。確定模腔內(nèi)金屬的第一厚度。對確定第一厚度作出響應(yīng)而關(guān)閉第二控制裝置。確定模腔內(nèi)金屬的第二厚度。對確定第二厚度作出響應(yīng)而打開第一控制裝置。將第一組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，模腔內(nèi)至少一部分第二組分的金屬被充分熔融，以便使初始輸入的第一組分的熔融金屬與模腔內(nèi)第二組分的熔融金屬混合。從模腔中取出錠，其中，該錠具有第一層、第二層、第三層、第四層和第五層，其中，第一和第五層由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，第三層由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，第二層和第四層由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。如這里所使用的，凝固前沿例如是鑄錠冷卻時錠固體部分和液體部分之間的界面?；旧掀矫娴哪糖把乩缡菣M跨與首先開始冷卻的錠表面基本平行的平面基本均勻的凝固前沿。形成了鑄造金屬錠，其中，凝固前沿在鑄造期間基本保持為平面，其中，錠具有頂部、中部和底部，其中，底部由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，頂部由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，中部由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。形成了鑄造金屬錠，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，該錠具有第一層、第二層、第三層、第四層和第五層，其中，第一和第五層由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，第三層由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，第二層和第四層由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。形成了鑄造金屬錠，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，該錠具有包括兩種以上組分的多層，這些層被由這些組分的混合物構(gòu)成的層分開。一種鑄造金屬的方法，包括下面的步驟。將一定量的第一組分的熔融金屬輸入混合裝置內(nèi)。從該混合裝置將熔融金屬輸入模腔內(nèi)。將第二組分的熔融金屬輸入該混合裝置內(nèi)，其中，第一組分不同于第二組分。從模腔中取出錠，其中，該錠具有厚度、頂部和底部，其中，該錠的組分包括連續(xù)的梯度，其中，該連續(xù)梯度是至少第一和第二組分金屬的梯度，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸減少，其中，第二組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸增加。由至少兩種不同金屬鑄造的金屬錠，包括第一組分和第二組分，其中，凝固前沿在鑄造期間基本保持為平面，其中，錠具有厚度、頂部和底部，其中，錠組分包括連續(xù)的梯度， 其中，該連續(xù)的梯度是至少第一和第二組分金屬的梯度，其中，第二組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸減少，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸增加。一種鑄造金屬的方法，包括下面的步驟。通過第一可編程控制裝置將第一組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，該輸入包括第一輸送室的流出。通過第二可編程控制裝置將第二組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，該輸入包括第二輸送室的流出，其中，第二組分不同于第一組分。第一控制裝置被編程為允許第一組分的熔融金屬在所需的第一鑄造周期內(nèi)以遞減至每分鐘0磅的所需流量流出第一輸送室。第二控制裝置被編程為允許第二組分的熔融金屬以從每分鐘0磅遞增至所需流量的流量流出第二輸送室。第一控制裝置還被編程為允許熔融金屬在所需的第二鑄造周期內(nèi)以從每分鐘0磅遞增至所需流量的流量流出第一輸送室。第二控制裝置還被編程為允許熔融金屬在第二鑄造周期內(nèi)以從所需流量遞減至每分鐘0磅的流量流出第二輸送室。從模腔中取出錠，其中，該錠具有厚度、頂部、底部和中點，其中，該錠的組分包括連續(xù)的梯度，其中，該連續(xù)梯度是第一和第二組分金屬的梯度，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠中點逐漸減少，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠中點到錠頂部逐漸增加。由至少兩種不同金屬鑄造的金屬錠，包括第一組分和第二組分，其中，凝固前沿在鑄造期間基本保持為平面，其中，錠具有厚度、頂部、底部和中點，其中，錠組分包括連續(xù)的梯度，其中，該連續(xù)的梯度是至少第一和第二組分金屬的梯度，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠底部到錠中點逐漸減少，其中，第一組分的金屬的量沿錠的厚度方向從錠中點到錠頂部逐漸增加。從下面詳細的說明書、附圖和權(quán)利要求書中，本發(fā)明的其他變型、實施例以及特征
將變得清楚。


圖1是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)一個實施例的俯視圖。圖2是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的另一個實施例的俯視圖。圖加是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的又一個實施例的俯視圖。
圖3是本發(fā)明鑄造系統(tǒng)一個實施例的一例包括模腔的鑄造裝置的剖開前視圖。圖4是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的一個實施例的俯視圖。圖5是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的另一個實施例的俯視圖。圖6是本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的又一個實施例的俯視圖。圖7代表本發(fā)明一個實施例的錠組分曲線。圖8代表本發(fā)明另一個實施例的錠組分曲線。圖9代表本發(fā)明又一個實施例的錠組分曲線。圖10代表本發(fā)明再一個實施例的錠組分曲線。圖11代表本發(fā)明一個實施例的鑄造金屬錠剖面。圖12代表本發(fā)明一個實施例的鑄造金屬錠剖面。圖13代表本發(fā)明一個實施例的鑄造金屬錠剖面。
具體實施例方式本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白，在不脫離本發(fā)明的精神或必要特性的情況下，這里公開的實施例可以采用其它具體方式實施。因此，當前公開的實施例在所有方面都只是用于描述而非用于限制。在本發(fā)明的一個實施例中，采用單向凝固方法來形成鑄錠，其中，組分沿厚度方向變化，要么逐漸變化，要么逐級地變化，或者采用這兩種的任意組合。為了描述的目的，厚度定義為鑄件的最薄尺寸。在一個實施例中，用于生產(chǎn)錠的鑄造系統(tǒng)包括鑄造裝置，該鑄造裝置包括基本水平定向的模腔，其具有多個側(cè)面和一個底部，底部可以被構(gòu)造成選擇性地允許或阻止噴灑在其上的冷卻劑的效果。底部構(gòu)造的一個實例是具有孔的基底，孔的大小允許冷卻劑進入，但是阻止熔融金屬流出。在一個實例中，孔的直徑至少約為1/64英寸，但是直徑不大于約1英寸。底部構(gòu)造的另一個實例是具有實心部分和網(wǎng)孔部分的傳送帶?？梢圆捎玫蔫T造裝置的一個實例描述于美國專利NO. 7377304和No. 7沈4038中。通過引用，這些專利的內(nèi)容將被認為是并入在本申請之中。在鑄造系統(tǒng)的一個實施例中，用于從至少兩個儲器的每一個運送物料的槽通向混合器或標準脫氣單元，每個槽具有流動控制閥，用于改變從儲器進入混合器或標準脫氣單元內(nèi)的物料的流量。在一個實例中，至少一個槽從混合器通向脫氣單元和過濾器，從這里該槽終止于模腔的一側(cè)，并且該至少一個槽構(gòu)造成能夠?qū)⑽锪弦运椒绞揭肽Ｇ弧Ｔ诹硪粋€實施例中，以可控方式將物料豎直地輸送到模腔頂部。在這些實施例的任意一個中，物料可以在模腔周圍的單個點處或多個點處輸送。在一個實施例中，模腔的側(cè)面是隔熱的。多個冷卻噴射器(例如空氣/水噴射器) 設(shè)置在底部之下，并構(gòu)造成能夠?qū)椎牡妆砻鎳娚淅鋮s劑。在一個實施例中，該基底是穿孔的，允許冷卻介質(zhì)直接接觸正在凝固的錠。在一個實施例中，熔融金屬被基本均勻地引入通過模腔。同時，例如，冷卻介質(zhì)均勻地施加到基底底側(cè)上。在另一個實施例中，熔融金屬流入模腔的流量以及冷卻劑施加到底部的流量都受到控制，以便提供單向凝固。冷卻劑可以開始例如是空氣，之后從空氣逐漸變化為空氣-水的霧，之后再變化為水，但是可以使用能夠獲得期望熱傳遞的任何冷卻介質(zhì)或輸送方法。
因此，本發(fā)明的一個實施例提供了一種在冷卻期間定向凝固鑄件的改進方法，其中，凝固前沿基本保持為平面。因此，在一個實例中，當輸送到模腔內(nèi)的金屬組分改變時，所獲得的錠的組分沿厚度方向一致變化。在該實例中，組分沿厚度方向變化，但不橫跨錠寬度或長度方向變化。在一個實施例中，通過改變來自每個儲器的物料的流量，可以使錠的組分逐漸變化或分層變化。下面的實例導(dǎo)致產(chǎn)生一種具有多層不同組分的錠，與下一組實例相比，層間的界面相對較明顯。在一個實例中，第一組分的物料流出第一儲器，接著在具有第二組分的物料流開始流出第二儲器的同時停止。在該實例中，所獲得的錠由第一組分層與第二組分層結(jié)合構(gòu)成。在另一個實例中，第一組分的熔融金屬從第一儲器流入第一脫氣器或用于從熔融金屬中消除氫或其它不期望元素(例如包括鈉、鉀或鈣)的其它裝置中。脫氣器可以設(shè)置在鑄造生產(chǎn)線上，例如多孔槽脫氣器或緊湊式脫氣器。替代地，該脫氣器可以處理鑄造生產(chǎn)線外的熔融金屬，并且熔融金屬被轉(zhuǎn)送回鑄造生產(chǎn)線。在又一個實施例中，第一組分的熔融金屬接著從脫氣器流入過濾器(例如泡沫陶瓷過濾器)，或用于消除非金屬夾雜物(例如氧化物)的其它過濾器。在另一個實例中，第一組分的熔融金屬通過槽流入模腔內(nèi)，該槽包括第一控制裝置或者類似的裝置，以便調(diào)節(jié)熔融金屬的流量。該控制裝置例如可以是氣動間或壩，可以由計算機控制和/或可編程。在另一個實例中，通向模腔的槽包括第二控制裝置或類似的裝置，以供第二組分的熔融金屬流過進入模腔內(nèi)。在另一個實例中，模腔可豎直移動，并且在鑄造期間能夠以可控的或可編程的速率向下移動。在一個實施例中，該速率大約為0.5英寸/分鐘。在另一個實例中，槽可以豎直移動，并且在鑄造期間能夠以可控的或可編程的速率向上移動。在另一個實例中，來自每個儲器的流動是按照所需的任何方式并重復(fù)地交替進行，從而產(chǎn)生多層錠。根據(jù)需要，通過打開和關(guān)閉第一和第二控制裝置來啟動和停止流動。 控制裝置例如可以通過計算機控制的氣動裝置而被打開和關(guān)閉。在另一個實例中，來自每個儲器的流動是變化的，導(dǎo)致在第一厚度增量中是可變的組分，之后來自儲器之一的流動停止，從而在下一厚度增量中產(chǎn)生恒定組分層。在另一個實例中，在第二控制裝置打開而允許第二組分的熔融金屬流進入模腔之前，第一組分的熔融金屬從位于第一輸送室和第一控制裝置之間的任何槽中排出。在另一個實例中，在第一控制裝置再次打開并再次將第一組分的熔融金屬輸送到模腔中之前，第二組分的熔融金屬從位于第二輸送室和第二控制裝置之間的任何槽中排出。合適的合金組分包括但不限于AA系列合金1000、2000、3000、4000、5000、6000、 7000或8000。其他適合的金屬可以包括鎂基合金、鐵基合金、鈦基合金、鎳基合金以及銅基合金。新的適合的合金組分還包括但不限于包含銅、鎂、硅、鋅、鋰、錳、鋯、鉿、鈧、鐵的鋁合金，它們都可以具有變化重量百分比的非鋁元素。圖9代表沿厚度方向具有兩個大體為線性梯度的錠的實例。如這里所使用的，大致線性的率由大致恒定的變化率表示。圖10代表沿厚度方向具有大致為指數(shù)梯度的錠的實例。在一個實例中，第一組分是M56合金。大約5000磅的第一組分在溫度大約華氏1370度保持在爐內(nèi)。第二組分是7085合金。大約6000磅的第二組分在溫度大約華氏1370 度保持在爐內(nèi)。第一組分的熔融金屬以每分鐘大約80磅的流量從第一爐儲器流向第一脫氣器。當熔融金屬移出該爐儲器時，脫氣器以恒定速度轉(zhuǎn)動。第二組分的熔融金屬從第二爐儲器流向第二脫氣器以及第二過濾器，接著在關(guān)閉的第二控制裝置處停止。在模腔內(nèi)第一組分已凝固金屬達到一定厚度之后，第一控制裝置關(guān)閉。例如，可通過采用難熔材料型塞子或類似裝置堵塞熔融金屬流經(jīng)的輸送室內(nèi)的開口，來停止從輸送室例如爐儲器的流出。 替代地，例如可通過使儲器傾轉(zhuǎn)來停止從輸送室例如傾轉(zhuǎn)爐的流出。已經(jīng)流出第一爐儲器但是尚未流入模腔內(nèi)的第一組分的熔融金屬被排出，第一過濾器被替換。接著，打開第二控制裝置，第二組分的熔融金屬以大約每分鐘80磅的流量流入模腔內(nèi)。當模腔內(nèi)的第二組分的凝固金屬達到一定厚度之后，第二控制裝置關(guān)閉，熔融金屬停止從第二爐儲器流出。伴隨著第二控制裝置的關(guān)閉和停止從第二爐儲器流出，第一爐儲器再度打開，第一組分的熔融金屬流向第一脫氣器，接著流過被替換的第一過濾器，之后在關(guān)閉的第一控制裝置處停止。 當模腔內(nèi)的凝固金屬足夠厚時，第一控制裝置打開，第一組分的熔融金屬流入模腔。繼續(xù)鑄造，直至模腔內(nèi)的金屬達到要求的厚度。所獲得的錠的組分在第一和第二組分金屬之間交替。圖8代表該實施例的錠的樣品組分曲線。主要由M56合金構(gòu)成的第一和第三層具有較低的抗拉強度和較高的耐腐蝕性，主要由7085合金組成的第二層具有較高的抗拉強度，從而提供了一種有用的材料。下面的實例導(dǎo)致形成了一種錠，其具有多個不同組分的層，這些層之間的界面與前一組實例相比較彌散。在一個實例中，物料同時從兩個儲器輸送，導(dǎo)致形成一種組分，該組分是與每個儲器的物料流量相關(guān)的每個儲器內(nèi)的組分的混合物。在另一個實例中，來自每個儲器的流動連續(xù)變化，在沿凝固錠厚度方向的任何給定位置處形成任何期望的混合物。在另一個實例中，來自每個儲器的流動變化，導(dǎo)致在第一厚度增量處形成可變的組分， 之后來自儲器之一的流動停止，從而在下一厚度增量處產(chǎn)生恒定組分的層。在其他實例中， 該過程可以根據(jù)需要按任何方式進行變化，以便產(chǎn)生具有梯度組分、恒定組分或者它們?nèi)我饨M合的多個交替層。本發(fā)明的另一個實施例提供了一種方法，用于通過改變冷卻介質(zhì)的施加而沿鑄件厚度方向保持相對較恒定的凝固速率。在一個實例中，第一組分的熔融金屬是鎂重量百分比為6的鋁合金。大約6000磅的第一組分的熔融金屬在華氏溫度大約1370度處于爐儲器內(nèi)。第二組分的熔融金屬是鎂重量百分比為2. 5的鋁合金。大約700磅的第二組分的熔融金屬在華氏溫度大約1350度處于混合裝置內(nèi)。該爐儲器打開，允許第一組分的熔融金屬以大約每分鐘80磅的流量流入混合裝置。熔融金屬流出混合裝置，流入過濾器內(nèi)，并流入模腔內(nèi)。隨著熔融金屬從爐儲器流入混合裝置，從混合裝置流入過濾器，以及從過濾器流入模腔，鑄造持續(xù)進行，直至模腔內(nèi)的金屬達到要求的厚度。所得到的錠沿厚度方向具有單一組分梯度，例如鎂含量。在另一個實例中，該混合裝置是以恒定速度轉(zhuǎn)動的脫氣器。圖7表示該實施例的錠的樣品組分曲線。鎂濃度較低的錠部分具有較低的抗拉強度，鎂濃度較高的錠部分具有較高的抗拉強度。在另一個實例中，第一組分的熔融金屬是鋁合金，鎂重量百分比為2。大約5000磅的第一組分的熔融金屬在大約華氏1370度處于第一爐儲器內(nèi)。第二組分的熔融金屬是鋁合金，鎂重量百分比為5。大約5000磅的第二組分的熔融金屬在大約華氏1370度處于第二爐儲器內(nèi)。在第一爐儲器和位于鑄造生產(chǎn)線上的脫氣器之間的第一可編程控制裝置被編程，以允許第一組分的熔融金屬在例如16分鐘的第一鑄造周期內(nèi)以例如從每分鐘80磅至每分鐘0磅的遞減流量流出第一爐儲器，流入脫氣器。通過確定流入模腔內(nèi)的金屬的第一要求厚度來確定該第一鑄造周期，該第一要求厚度例如為8英寸。該流量可以例如線性、指數(shù)或拋物線下降。該第一控制裝置還編程為允許第一組分的熔融金屬在例如16分鐘的第二鑄造周期內(nèi)以從每分鐘0磅至第一組分熔融金屬流出第一爐儲器的初始流量(例如每分鐘80磅)的遞增流量流出第一爐儲器，進入脫氣器內(nèi)。通過確定流入模腔內(nèi)的金屬的第二要求厚度來確定該第二鑄造周期，該第二要求厚度例如為8英寸。該流量可以例如線性、指數(shù)或拋物線增加。第二控制裝置還編程為允許第二組分的熔融金屬在第一鑄造周期內(nèi)以從每分鐘0磅至例如允許第一組分熔融金屬流動的最大流量(例如每分鐘80磅)的遞增流量流出第二爐儲器，進入脫氣器內(nèi)。該流量可以例如線性、指數(shù)或拋物線增加。第二控制裝置還編程為允許第二組分的熔融金屬在第二鑄造周期內(nèi)以從達到的最大流量例如每分鐘80 磅至每分鐘0磅的遞減流量流出第二爐儲器，進入脫氣器內(nèi)。該流量可以例如線性、指數(shù)或拋物線遞減。當鑄造開始時，這些控制裝置按照編好的程序工作，熔融金屬流出爐儲器，進入脫氣器內(nèi)，進入過濾器內(nèi)，以及進入模腔內(nèi)。鑄造持續(xù)進行，直至模腔內(nèi)的金屬達到總的要求厚度，例如16英寸。所獲得的錠橫跨厚度方向具有連續(xù)梯度的組分，例如鎂含量。圖9表示該實施例的錠的樣品組分曲線。在另一個實例中，第一組分的熔融金屬是M56合金或另一種鋁合金，其中鎂的重量百分比大約為4-5。第二組分的熔融金屬是7055鋁合金。隨著第一組分的熔融金屬從爐儲器經(jīng)鑄造系統(tǒng)流到模腔內(nèi)，鑄造開始。隨著第二組分的熔融金屬從爐儲器流過鑄造系統(tǒng)進入模腔內(nèi)，鑄造持續(xù)進行。所獲得的錠沿厚度方向具有單一組分梯度，例如鎂含量。圖7 表示該實施例的錠的樣品組分曲線。在本發(fā)明的一個實施例中，鑄造裝置包括多個側(cè)面和一個底部，它們限定了模腔， 其中，底部至少具有兩個表面，包括第一表面和第二表面。鑄造系統(tǒng)還包括至少兩個金屬輸送室，包括第一和第二輸送室，每個輸送室鄰近一個不同的脫氣器，每個脫氣器鄰近一個不同的過濾器。鑄造系統(tǒng)還包括每個過濾器都通入的至少一個槽，其鄰近模腔，其中，該槽包括至少一個控制裝置，該控制裝置位于每個過濾器和模腔之間，該控制裝置構(gòu)造成能夠控制正被輸入模腔內(nèi)的熔融金屬的流量。在該實施例中，模腔的底部包括基底，該基底具有 (a)足夠的尺寸，(b)多個孔，以便使底部(i)允許冷卻介質(zhì)流過孔并直接接觸金屬，其中， 冷卻介質(zhì)的流動方向是從底部的第一表面進入模腔，以及(ii)同時阻止最初直接傾注到該底部第二表面上的金屬通過孔流出到底部的第一表面上。每個輸送室容納不同組分的熔融金屬。來自第一輸送室的熔融金屬被輸入鄰近第一輸送室的第一脫氣器。來自第一脫氣器的熔融金屬被輸入鄰近該第一脫氣器的第一過濾器內(nèi)。來自第一過濾器的熔融金屬通過槽被輸入到模腔內(nèi)，其中，位于第一過濾器和模腔之間的控制裝置打開。在模腔內(nèi)達到要求厚度之前，來自第二輸送室的熔融金屬被輸入到鄰近第二輸送室的第二脫氣器內(nèi)。來自第二脫氣器的熔融金屬被輸入到鄰近第二脫氣器的第二過濾器內(nèi)。來自第二過濾器的熔融金屬被輸入到槽內(nèi)，其中，位于第二過濾器和模腔之間的控制裝置關(guān)閉。在槽內(nèi)位于第一過濾器和模腔之間的控制裝置接著關(guān)閉。停止從第一輸送室向第一脫氣器流入熔融金屬。排出位于該輸送室和第一控制裝置之間的任何金屬。在槽內(nèi)位于第二過濾器和模腔之間的控制裝置打開，從而從第二過濾器向模腔內(nèi)輸入熔融金屬。在模腔內(nèi)達到要求的厚度之前，在槽內(nèi)位于第二過濾器和模腔之間的控制裝置關(guān)閉。停止從第二輸送室向第二脫氣器流入熔融金屬，在槽內(nèi)位于第二過濾器和模腔之間的控制裝置被關(guān)閉。排出位于該輸送室和第二控制裝置之間的任何金屬。來自第一輸送室的熔融金屬被重新輸入到第一脫氣器內(nèi)，并從該第一脫氣器流入更新的第一過濾器內(nèi)，并從該第一過濾器流入槽內(nèi)。在模腔內(nèi)達到要求的厚度之后，位于更新的第一過濾器和模腔之間的控制裝置打開，從而從更新的第一過濾器再次向模腔內(nèi)輸入熔融金屬。同時，冷卻介質(zhì)引向模腔底部，從而使熔融金屬沿厚度方向單向冷卻。在本發(fā)明的另一個實施例中，鑄造裝置包括多個側(cè)面和一個底部，它們限定了模腔，其中，底部具有至少兩個表面，包括第一表面和第二表面。鑄造系統(tǒng)還包括至少一個鄰近混合裝置的金屬輸送室，以及至少一個位于該輸送室和混合裝置之間的控制裝置，該控制裝置構(gòu)造成能夠控制正輸入混合裝置內(nèi)的熔融金屬的流量。鑄造系統(tǒng)還包括至少一個位于混合裝置和模腔之間的過濾器，以及至少一個位于過濾器和模腔之間的控制裝置，該控制裝置構(gòu)造成能夠控制正輸入模腔內(nèi)的熔融金屬的流量。模腔的底部包括基底，該基底具有(a)足夠的尺寸，(b)多個孔，以便使底部(i)允許冷卻介質(zhì)流過孔并直接接觸金屬，其中，冷卻介質(zhì)的流動方向是從底部的第一表面進入模腔，以及(ii)同時阻止最初直接傾注到該底部第二表面上的金屬通過孔流出到底部的第一表面上。輸送室和混合裝置各自容納不同組分的熔融金屬。熔融金屬從輸送室輸入混合裝置內(nèi)。熔融金屬從混合裝置輸入過濾器內(nèi)。熔融金屬從過濾器輸入模腔內(nèi)。同時，冷卻介質(zhì)引向模腔底部，從而使熔融金屬沿厚度方向單向冷卻。在另一個實施例中，混合裝置是脫氣器，其以恒定速度轉(zhuǎn)動。在又一個實施例中，鑄造系統(tǒng)包括位于混合裝置和過濾器之間的脫氣器。在本發(fā)明的又一個實施例中，鑄造裝置包括多個側(cè)面和一個底部，它們限定了模腔，其中，底部具有至少兩個表面，包括第一表面和第二表面。鑄造系統(tǒng)還包括至少兩個金屬輸送室，包括第一輸送室和第二輸送室以及至少一個供每個輸送室通入的槽，其中，該槽包括至少一個可編程控制裝置，位于每個輸送室和在鑄造生產(chǎn)線內(nèi)的脫氣器之間，該控制裝置構(gòu)造成能夠控制正輸入脫氣器內(nèi)的熔融金屬的流量。鑄造系統(tǒng)還包括至少一個位于脫氣器和模腔之間的過濾器。該模腔底部包括基底，該基底具有(a)足夠的尺寸，(b)多個孔，以便使底部(i)允許冷卻介質(zhì)流過孔并直接接觸金屬，其中，冷卻介質(zhì)的流動方向是從底部的第一表面進入模腔，以及(ii)同時阻止最初直接傾注到該底部第二表面上的金屬通過孔流出到底部的第一表面上。每個輸送室容納不同組分的熔融金屬。位于第一輸送室和脫氣器之間的第一控制裝置被編程為允許熔融金屬在所需的第一鑄造周期內(nèi)以從所需流量至每分鐘0磅的線性遞減的流量流入脫氣器內(nèi)。第二控制裝置位于第二輸送室和脫氣器之間，被編程為允許熔融金屬在第一鑄造周期內(nèi)以從每分鐘0磅至熔融金屬從第一輸送室開始流入脫氣器的相同流量的線性遞增流量流入脫氣器內(nèi)。第一控制裝置還被編程為允許熔融金屬在所需的第二鑄造周期內(nèi)以從每分鐘0磅至在第一鑄造周期內(nèi)熔融金屬開始流入脫氣器的流量的線性遞增流量流入脫氣器內(nèi)。第二控制裝置還被編程為允許熔融金屬在第二鑄造周期內(nèi)以從熔融金屬在第一鑄造周期內(nèi)從第一輸送室開始流入脫氣器的流量至每分鐘0磅的線性遞減流量從第二輸送室流入脫氣器內(nèi)。熔融金屬通過槽從輸送室輸入脫氣器內(nèi)，其中，控制裝置按照編好的程序控制流動。同時，冷卻介質(zhì)引向模腔底部，從而使熔融金屬沿厚度方向單向冷卻。圖1表示本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，該鑄造系統(tǒng)是用于鑄造金屬合金產(chǎn)品的裝置，包括系統(tǒng)，具有至少一個物料源(1，2，3)，每個物料源具有通向混合器/脫氣器(10)的輸送槽(4,5,6)；流動控制閥(7，8，9)，位于每個輸送槽(4,5,6)和混合器/脫氣器(10)之間，其中，流動控制閥(7，8，9)改變進入混合器/脫氣器(10)內(nèi)的物料流量；另一個輸送槽(11)，從混合器/脫氣器通向過濾器(1 ；最終輸送槽，從過濾器通向鑄造裝置(14)。在另一個實施例中，物料源(1，2，3)是爐儲器。圖2表示本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的另一個實施例。在該實施例中，每個輸送槽0，5，6) 通向混合器(17)；流動控制閥(7，8，9)位于每個輸送槽(4，5，6)和混合器(10)之間 ’另一個輸送槽(18)從混合器(17)通向脫氣器(16)；還有一個輸送槽(1 從脫氣器(16)通向過濾器(1 ；最終輸送槽(1 從過濾器通向鑄造裝置(14)。盡管圖1和2所述的實施例包含三個獨立的物料源或爐儲器，但是可以按照獲得想要錠組分變化所需的任何配置來使用任何數(shù)量的獨立儲器。在一個實施例中，每個爐儲器容納二元鋁合金，儲器的數(shù)量等于所需合金組分的數(shù)量。例如，為了制造含有鋁-鋅-鎂-銅合金的分層或梯度產(chǎn)品，將使用三個儲器，鋁-銅、鋁-鎂和鋁-鋅各一個。在這樣的實施例中，可以形成二元、三元或四元合金的任意組合。作為另一個實例，可以開始用5XXX合金接著用2XXX合金最后用7XXX合金鑄造錠。各種組分的轉(zhuǎn)變會很明顯，導(dǎo)致形成分層結(jié)構(gòu)或者逐漸導(dǎo)致形成梯度結(jié)構(gòu)。其他實例包括5XXX/6XXX/2XXX或者 6XXX/7XXX/2XXX。顯然很多其他可能性也是可能的。圖加表示本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，通過使來自第一金屬源(1)的物料通過槽02)流入另一個金屬源O)，接著通過槽06)流入鑄造裝置(14)，該系統(tǒng)形成的錠組分將改變。物料可以選擇性地從第二金屬源( 通過槽流入脫氣器 (16)，接著通過槽04)流入鑄造裝置(14)；物料可以從脫氣器(16)通過槽(1 流入過濾器(12)，接著通過槽(15)流入鑄造裝置(14)；物料還可以從第二金屬源(2)通過槽05) 流入過濾器(12)，接著通過槽(1 流入鑄造裝置(14)。在該實施例中，錠的形成將始于第二金屬源內(nèi)的組分，并隨著第二金屬源被稀釋而逐漸轉(zhuǎn)變到第一金屬源內(nèi)的組分。組分的變化流量可以通過改變金屬源O)中的金屬量來改變。圖3表示本發(fā)明的鑄造裝置的一個實施例。在該實施例中，鑄造裝置(19)具有多個側(cè)面和一個底部OO)，它們確定了模腔，其中，底部具有至少兩個表面，包括第一表面和第二表面；至少一個位于物料源和模腔之間的控制裝置，該控制裝置構(gòu)造成能夠控制正輸入模腔內(nèi)的熔融金屬的流量，其中，底部包括基底，該基底具有(a)足夠的尺寸，(b)多個孔 (21)，以便使底部OO) (i)允許冷卻介質(zhì)流過孔并直接接觸金屬，其中，冷卻介質(zhì)的流動方向是從底部的第一表面進入模腔，以及(ii)同時阻止最初直接傾注到該底部第二表面上的金屬通過孔流出到底部的第一表面上?？?1的直徑優(yōu)選大約為1/64英寸至大約1英寸。在一個實施例中，冷卻劑歧管設(shè)置在底部OO)之下。該冷卻劑歧管優(yōu)選構(gòu)造成能夠選擇性地向底部OO)噴射空氣、水或者空氣與水的混合物。
在另一個實施例中，激光傳感器可設(shè)置在模腔上方，優(yōu)選構(gòu)造成能夠監(jiān)測模腔內(nèi)的物料高度。對模腔底部施加冷卻劑以及在一些優(yōu)選實施例中對側(cè)面進行隔熱將導(dǎo)致鑄件從模腔底部至頂部定向凝固。優(yōu)選地，物料引入模腔的流量連同冷卻速率受到控制，以便在任意給定時間使模腔19內(nèi)保持有大約0. 1英寸(2. 54mm)至大約1英寸4mm)的熔融金屬。在一些實施例中，位于熔融金屬和凝固金屬之間的兩相區(qū)還可以保持在基本均勻的厚度。圖4表示本發(fā)明鑄造系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，鑄造系統(tǒng)是用于鑄造金屬合金產(chǎn)品的裝置，包括具有至少一個物料源(1)的系統(tǒng)；該物料源通向脫氣器(16)；該脫氣器通向過濾器(1 ；該過濾器通向鑄造裝置(14)。在該實施例中，所獲得的錠具有在來自金屬源的第一組分的金屬和來自脫氣器的第二組分的金屬之間的連續(xù)梯度的組分。組分的變化率可以通過改變金屬源O)內(nèi)金屬的容量來進行改變。在另一個實施例中，金屬源(1)、脫氣器(16)、過濾器(12)以及鑄造裝置(14)通過輸送槽連接。在另一個實施例中，金屬源⑴是爐儲器。圖5表示本發(fā)明的鑄造系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，鑄造系統(tǒng)是用于鑄造金屬合金產(chǎn)品的裝置，包括具有至少兩個金屬源(1, 的系統(tǒng)；每個金屬源都通向脫氣器 (16)；每個脫氣器都通向過濾器(1 ；過濾器通向具有兩個控制裝置07二8)的槽；槽在經(jīng)過控制裝置(27，28)之后通向鑄造裝置(14)。在該實施例中，所獲得的錠包含兩種不同的金屬，每種金屬分別來自其中一個金屬源，并且錠沿厚度方向具有單一的組分梯度。在另一個實施例中，金屬源(1，2)、脫氣器(16)、過濾器(12)和鑄造裝置(14)由輸送槽連接。在另一個實施例中，金屬源(1，2)是爐儲器。圖6表示本發(fā)明鑄造系統(tǒng)的一個實施例。在該實施例中，該鑄造系統(tǒng)是用于鑄造金屬合金產(chǎn)品的裝置，包括具有至少兩個金屬源(1, 的系統(tǒng)；這些金屬源通向具有兩個控制裝置07二8)的槽；這些控制裝置通向脫氣器(16)；脫氣器通向過濾器(1 ；過濾器通向鑄造裝置(14)。在該實施例中，所獲得的錠包含兩種不同的金屬，每種來自其中一個金屬源，并且錠橫跨厚度方向具有連續(xù)的梯度組分，例如鎂含量。在另一個實施例中，金屬源(1，2)、脫氣器(16)、過濾器(12)以及鑄造裝置(14)
由輸送槽連接。在又一個實施例中，金屬源(1，2)是爐儲器。盡管圖5和6中所述的實施例含有兩個獨立物料源或爐儲器，但是可以按照獲得想要的錠組分變化所需的任何配置來使用任何數(shù)量的獨立儲器。在一個實施例中，參見圖11，形成了鑄造金屬錠51，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，錠51具有頂部52、中部53以及底部M，如大致在圖11中所示。在一個實施例中，底部M由第一組分的金屬構(gòu)成，頂部52由第二組分的金屬構(gòu)成，中部53由第一組分的金屬和第二組分的金屬的混合物構(gòu)成。在一個實施例中，參見圖12，形成了鑄造金屬錠61，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，錠61具有第一層62，第二層63，第三層64，第四層65，以及第五層66。
11在一個實施例中，第一和第五層62、66由第一組分的金屬構(gòu)成，第三層64由第二組分的金屬構(gòu)成，第二和第四層63、65由第一組分和第二組分的金屬的混合物構(gòu)成。在一個實施例中，參見圖13，形成了鑄造金屬錠71，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，錠71具有頂部72、中部73以及底部74。在一個實施例中，頂部和底部72、74由第一組分的金屬合金構(gòu)成，中部73由第一組分和第二組分的混合物構(gòu)成。盡管已經(jīng)參照數(shù)個實施例詳細描述了生產(chǎn)錠的方法，但是在本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)存在其他變化和更改。
權(quán)利要求
1.一種鑄造金屬錠，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，錠具有頂部、中部和底部，其中，底部由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，頂部由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，中部由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。
2.一種鑄造金屬錠，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，該錠具有第一層、第二層、第三層、第四層和第五層，其中，第一和第五層由第一組分的金屬構(gòu)成，其中，第三層由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，第二層和第四層由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。
3.—種鑄造金屬錠，該鑄造金屬錠具有至少一層，其中，在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，錠具有頂部、中部和底部，其中，頂部和底部由第一組分的金屬合金構(gòu)成，其中，中部由第一組分和第二組分的混合物構(gòu)成。
4.一種金屬錠，由至少兩種不同金屬合金鑄造形成，包括第一組分和第二組分，其中， 在鑄造期間凝固前沿基本保持為平面，其中，該錠具有厚度、頂部以及底部，其中，該錠的組分包括連續(xù)的梯度，其中，該連續(xù)梯度為(i)第一和第二組分合金的梯度，( )具有一定量的第二組分合金，第二組分的合金量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸減少，以及(iii)具有一定量的第一組分合金，第一組分的合金量沿錠的厚度方向從錠底部到錠頂部逐漸增加。
5.如權(quán)利要求4的錠，其中，該梯度基本是線性的。
6.如權(quán)利要求4的錠，其中，該梯度基本是指數(shù)的。
7.一種鑄造金屬的方法，包括以下步驟通過第一控制裝置將第一組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，該第一控制裝置打開，第一組分熔融金屬的輸入包括第一輸送室的流出；關(guān)閉第一控制裝置；打開第二控制裝置；通過第二控制裝置將第二組分的熔融金屬輸入模腔內(nèi)，其中，模腔內(nèi)至少一部分的第一組分金屬充分熔融，以便使初始輸入的第二組分的熔融金屬與模腔內(nèi)第一組分的熔融金屬混合，其中，第二組分熔融金屬的輸入包括第二輸送室的流出，其中，第二組分與第一組分不同；從模腔取出錠，其中，該錠具有頂部、中部和底部，其中，底部由第一組分的金屬構(gòu)成， 其中，頂部由第二組分的金屬構(gòu)成，其中，中部由第一和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。
全文摘要
第一組分的熔融金屬通過第一控制裝置輸入模腔，其中，該控制裝置打開，該輸入包括第一輸送室的流出。第一控制裝置關(guān)閉。第二控制裝置打開。第二組分的熔融金屬通過第二控制裝置輸入模腔，其中，模腔內(nèi)的至少一部分第一組分的金屬被充分熔融，以便初始輸入的第二組分的熔融金屬與模腔內(nèi)的第一組分的熔融金屬混合，其中，該輸入包括第二輸送室的流出，第二組分不同于第一組分。從模腔內(nèi)取出錠，其中，錠具有頂部、中部和底部，底部由第一組分的金屬構(gòu)成，頂部由第二組分的金屬構(gòu)成，中部由第一組分和第二組分的金屬混合物構(gòu)成。
文檔編號B22D7/00GK102458716SQ201080028686
公開日2012年5月16日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者M·G·楚, R·R·索特爾 申請人:美鋁公司