專利名稱：連鑄鋁合金棒材及其生產(chǎn)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連鑄鋁合金棒材，和涉及一種用于水平連續(xù)生產(chǎn)鑄造棒材的方法和裝置。
背景技術(shù)：
一般，熔融金屬的水平連鑄通過下列工序生產(chǎn)一種圓柱形、方柱形或空心圓筒形的細長鑄錠。具體地說，將盛裝在一個中間包中的熔融金屬通過一個耐火材料通道澆注到一個基本上是水平取向并被強制冷卻的管狀模具中，然后在該模具中冷卻，并由此在這種經(jīng)過冷卻的熔融金屬外表面上形成一個固化殼層。將得到的鑄錠從模具中連續(xù)地移出，而同時將一種冷卻劑(比如水)直接噴灑到鑄錠上，以便由此讓鑄錠內(nèi)部的固化繼續(xù)。然而，這種水平連鑄法由于它固有的原理而不可避免地包括下列問題。
現(xiàn)在將說明第一個問題。因為模具設(shè)置成使它的中心軸線基本上水平延伸，所以模具中的熔融金屬由于重力作用而壓著模具內(nèi)壁的下部。因此，熔融金屬在模具中以一種不平衡的方式冷卻。也就是說，熔融金屬的下部比它的上部冷卻更快。結(jié)果，最后的固化是在連鑄棒材中心軸線的上方產(chǎn)生，因此鑄錠不能得到一種均勻的冶金結(jié)構(gòu)。
第二個問題如下。當通過模具內(nèi)壁靠近模具入口端的一部分均勻地將潤滑油送到整個模具內(nèi)壁中，以便防止熔融金屬熱粘/燒結(jié)到內(nèi)壁上時，由于作用在鑄錠上表面上與作用在鑄錠下表面上的重力差，所以潤滑油從內(nèi)壁的下部上升到內(nèi)壁的上部。此外，通過潤滑油熱分解所產(chǎn)生的一種氣體上升到內(nèi)壁的上部。因此，在模具內(nèi)壁和熔融金屬或鑄錠周邊上所形成的固化殼層之間存在的潤滑界面變得不均勻。如上所述，在模具的下部處，因為熔融金屬與模具內(nèi)壁接觸，所以在固化殼層和模具內(nèi)壁之間基本上沒有間隙。因此，潤滑油不能供給到在熔融金屬或鑄錠周邊上所形成的固化殼層上，而導(dǎo)致熱粘在熔融金屬和模具內(nèi)壁之間。結(jié)果，因此殼層斷裂，并產(chǎn)生未固化的熔融金屬流出，同時導(dǎo)致產(chǎn)生大的鑄造缺陷或鑄錠破裂，因而鑄造操作不能實施。同時，在模具的上部處，因為存在過量潤滑油，所以熔融金屬在模具中冷卻不充分，并因此未固化的熔融金屬從鑄錠的上部流出。
通常，已經(jīng)提出了各種措施用于解決在水平金屬連鑄法中所包括的基本問題。例如，JP-B平8-32356公開了一種鑄造方法，其中在一個模具的內(nèi)壁上設(shè)置若干孔或槽，用于防止過量潤滑油供給到模具的上部上。
然而，現(xiàn)有的鑄造法(包括上面提出的方法)在防止連鑄棒材表面條件變化時遇到困難，因為尤其是當鑄造棒材經(jīng)受實際生產(chǎn)操作監(jiān)測時，一些必需很小心調(diào)整的鑄造條件(比如，潤滑油的供給體積，鑄造速度和一個中間包中的鑄造溫度)彼此實際的相互作用很復(fù)雜。結(jié)果，往往會產(chǎn)生會造成鑄造缺陷的熱粘、漏鋼/拉漏(breakout)和凹坑。
為了解決上述在傳統(tǒng)水平連鑄法中所包括的問題，本發(fā)明的目的是提供一種連鑄鋁合金棒材及用于水平連續(xù)生產(chǎn)該鑄造棒材的方法和裝置，上述方法和裝置防止產(chǎn)生鑄造表面缺陷和漏鋼/拉漏，并能可靠地連鑄一種高品質(zhì)的鑄錠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種連鑄鋁合金棒材，所述連鑄鋁合金棒材通過一種應(yīng)用一管狀模具的水平連鑄法生產(chǎn)，所述管狀模具被支承使得其中心軸線基本上水平延伸，并且該管狀模具具有一強制冷卻裝置，所述棒材在它的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
在該連鑄鋁合金棒材中，所述富Si部分具有一種Si顯微結(jié)構(gòu)，當在由所述棒材的一個徑向橫截面中得到的顯微結(jié)晶圖像中測定時，所述Si顯微結(jié)構(gòu)含有初α-Al晶體(初晶α-Al)的面積百分率小于50％。
在該連鑄鋁合金棒材中，所述Si顯微結(jié)構(gòu)含有平均粒徑為0.1-5μm的Si晶粒。
該連鑄鋁合金棒材含有Si量為7-14質(zhì)量％。
該連鑄鋁合金棒材含有Ca量為至少0.003質(zhì)量％。
該連鑄鋁合金棒材具有一50μm或小于50μm的表面粗糙度Rmax，并且當鑄造之后經(jīng)受去皮處理時，在其表面上沒有刀具痕跡。
本發(fā)明還提供一種用于使用一管狀模具生產(chǎn)連鑄鋁合金棒材的方法，所述管狀模具被支承使得其中心軸線基本上水平延伸，并且該管狀模具具有一個強制冷卻裝置，所述方法包括控制一種被澆注到所述管狀模具中的熔融鋁合金的溫度與該熔融鋁合金的固化溫度之間的溫差，并鑄造一種棒材，以便形成一個在該棒材的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
該用于生產(chǎn)連鑄鋁合金棒材的方法還可以包括控制從所述管狀模具中取出所述棒材的速度。
該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，還可以包括應(yīng)用一種熔融鋁合金作為原料，所述熔融鋁合金含Si量為7-14質(zhì)量％和含Ca量為至少0.003質(zhì)量％；將鑄造速度調(diào)節(jié)到200-1500mm/min，并將所述熔融鋁合金的溫度調(diào)節(jié)到等于或大于該合金的液相線/液態(tài)溫度；及利用一種由從鋁、銅及其合金中選定的其中一種或兩種以上的組合的材料制成的、并具有15-70mm的有效模具長度的模具作為所述管狀模具。
在該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法中，所述熔融鋁合金可以加Ca量為至少0.003質(zhì)量％。
在該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法中，所述加入的Ca是具有純度為至少99.9質(zhì)量％的金屬Ca。
在該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法中，所述管狀模具在它與所述熔融鋁合金接觸的內(nèi)壁上具有一個透氣率為0.005-0.03L/(cm2×min)的環(huán)形可滲透多孔件。
在該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法中，所述可滲透多孔件設(shè)置在所述有效模具長度的5-15mm范圍內(nèi)。
本發(fā)明還提供一種用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的裝置，所述裝置包括一個其中盛裝熔融鋁合金并由其供給熔融鋁合金的熔化爐；一個鑄造部，所述鑄造部裝備有一個圓筒形模具和一個冷卻裝置，并在該處將所述熔融鋁合金鑄造成一種固化的鑄錠；一個取出驅(qū)動部，在該取出驅(qū)動部處將所述固化的鑄錠基本上水平地從所述圓筒形模具中取出，以形成一種具有一個富Si部分的連鑄鋁合金棒材；一個檢測部，在該檢測部處檢測所述富Si部分的一個區(qū)域并由其輸出檢測得的信號；一個判定部，在該判定部處將所述的檢測得的信號與預(yù)先設(shè)定的判定條件進行比較，并由其輸出判定信號；及一個控制部，所述控制部根據(jù)所述判定信號控制熔化爐中的所述熔融鋁合金的溫度、所述鑄造部的冷卻裝置和所述取出驅(qū)動部的取出速度，以便所檢測得的信號落在預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的裝置還包括一個加Ca部，所述加Ca部由所述控制部根據(jù)所述判定信號控制，以使所述檢測得的信號落在判預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
該用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的裝置還包括一個分析部，在該分析部處分析所述熔融鋁合金的組成，并根據(jù)分析結(jié)果將Ca量測量數(shù)據(jù)信號輸出到所述判定部；所述控制部根據(jù)來自所述判定部的判定信號控制加Ca部，以使Ca量落在所述預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明，因為一種鑄鋁合金棒材是用一種管狀模具在上述條件下連續(xù)形成，上述管狀模具被支承使得它的中心軸線基本上水平延伸，并具有一個冷卻裝置，所以能防止產(chǎn)生鑄造缺陷或鑄錠崩落/拉漏，并在鑄鋁合金棒材的上表面上形成一個帶形富Si部分，所述帶形富Si部分與普通鑄造棒材表面相比具有一比較高的剛性/硬度，它適合于抑制由鑄造棒材表面和模具內(nèi)壁之間的摩擦所引起的未固化的熔融金屬的流出發(fā)生。


圖1是本發(fā)明的連鑄棒材說明圖，圖1(a)示出其外觀，和圖1(b)示出其徑向剖視圖；圖2是示出在本發(fā)明生產(chǎn)方法中應(yīng)用的一種示例性生產(chǎn)裝置主要部分的示意剖視圖；圖3是本發(fā)明的連鑄棒材富Si部分的說明圖，圖3(a)示出從連鑄棒材的徑向橫截面收集試件的方法，圖3(b)示出試件放大的顯微結(jié)晶圖像一個實例，和圖3(c)示出試件放大的顯微結(jié)晶圖像的另一個實例；圖4是示出在圖2的生產(chǎn)裝置中管狀模具有效模具長度的說明圖；圖5是示出按照本發(fā)明所述一種示例性生產(chǎn)裝置的構(gòu)造的示意圖；圖6是示出在本發(fā)明的例1-4中所得到的數(shù)據(jù)關(guān)系曲線圖；圖7是示出在本發(fā)明的例5-8中所得到的數(shù)據(jù)關(guān)系曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將說明本發(fā)明的一種連鑄鋁合金棒材。
本發(fā)明的連鑄鋁合金棒材是用一種管狀模具通過水平連鑄法生產(chǎn)，上述管狀模具被支承使得它的中心軸線基本上是水平地(亦即在橫向方向上)延伸，并具有一種強制冷卻裝置，及鑄造棒材具有一在10-100m范圍內(nèi)的直徑。也可以生產(chǎn)一種具有超過上述范圍之外的直徑的鑄造棒材。然而，直徑優(yōu)選的是在上述范圍內(nèi)，因為當一種具有這一直徑的鑄造棒材經(jīng)受隨后的塑性加工(比如，鍛造，滾鍛，拉制，旋轉(zhuǎn)加工或沖擊模塑)，對這種塑性加工可以應(yīng)用小尺寸和價格便宜的設(shè)備。當待生產(chǎn)的鑄造棒材的直徑改變時，應(yīng)用一種可拆卸的管狀模具，所述可拆卸的管狀模具具有一與鑄造棒材改變的直徑相對應(yīng)的內(nèi)徑，并且根據(jù)待用的模具確定熔融的合金溫度和鑄造速度。如果希望的話，適當?shù)卮_定冷卻水和潤滑油的用量。
如圖1(a)和圖1(b)中所示，本發(fā)明的連鑄鋁合金棒材101具有一縱向上(軸向上)帶形富Si部分104，所述帶形富Si部分104在棒材一個側(cè)邊的表面(圓周表面)上具有一厚度為至少20μm(優(yōu)選的是，30-100μm)，上述側(cè)邊的表面繞棒材的中心102具有一個中心角103為30°或30°以上(優(yōu)選的是，40°-90°)。鑄造棒材優(yōu)選的是具有這種帶形富Si部分，因為可以防止由鑄造棒材的表面與模具內(nèi)壁之間的磨擦所引起的未固化的熔融合金溢流，和在隨后的塑性加工期間該鑄造棒材不產(chǎn)生任何問題。當中心角小于30°和厚度小于20μm時，則不能得到本發(fā)明的足夠效果。此外，盡管較大的中心角是優(yōu)選的，但由于較大中心角量而使鑄造條件的調(diào)節(jié)變得更嚴格。
在本發(fā)明中，富Si部分的厚度定義如下。為了得到該厚度，首先，例如通過下列方法觀察富Si部分。
(a)樣品的取樣點，取樣方法和初步處理從所生產(chǎn)的連鑄棒材中隨機收集鑄造棒材樣品101，并在對應(yīng)于模具內(nèi)壁上部的一個位置處，將一個2-5mm2的試件306如圖3(b)中所示從樣品101的側(cè)邊表面切出。將試件用一種切片機切成薄片，并應(yīng)用每個薄片來觀察棒材樣品的徑向橫截面。應(yīng)用切片機的理由如下。因為待觀察的試件是從鑄造棒材樣品的最表面得到，所以當用普通的切割技術(shù)將試件切成薄片時，在每個薄片中都產(chǎn)生輾軋/塌邊(roll-off)，因此不能進行試件的可靠觀察。只要可以克服這個問題，其它的切割裝置都可以應(yīng)用。
用一種與上述方式類似的方式，從鑄造棒材樣品的圓周方向上側(cè)邊的若干位置處切出各試件。
(b)測量裝置和測量條件用一種場發(fā)射俄歇(Auger)電子光譜法(FE-AES)裝置從徑向橫截面得到一種Al或Si的顯微結(jié)晶圖像。FE-AES裝置可以是例如MICROLAB-310F(VG產(chǎn)品)。徑向橫截面在例如下列條件下觀察加速電壓10kV，加到樣品上的電流0.8-2.7nA，放大倍數(shù)×1000。
對于表面觀察，可以用一種二次電子顯微鏡或EPMA代替俄歇電子顯微鏡。
(c)厚度和其它數(shù)據(jù)的測量圖3(b)示意示出一種通過利用俄歇電子顯微鏡觀察從圖3(a)的連鑄棒材101得到的試樣306得到的圖像。利用這樣得到的圖像，得到在從鑄造棒材表面朝其中心延伸的一個任意區(qū)域(10μm2)中的α-Al303面積百分率；把其中α-Al的面積百分率小于50％的一個區(qū)域定義為一種富Si部分104；及把富Si部分的寬度定義為其厚度302。
本文所用的α-Al面積百分率是指α-Al的面積與電子顯微鏡圖像上述規(guī)定區(qū)域的面積二者之比值，所述比值通過點計數(shù)法/點算法計算。
在富Si部分中Si晶粒304的平均尺寸是通過處理俄歇電子顯微鏡圖像得到，上述平均尺寸定義為在Si顯微結(jié)構(gòu)中所含的Si晶粒的平均粒徑。
在本發(fā)明的連鑄棒材中，富Si部分104優(yōu)選的是具有一其中α-Al303的面積百分率小于50％的Si顯微結(jié)構(gòu)，如圖3(c)中所示。當α-Al的面積百分率小于50％時，Si顯微結(jié)構(gòu)部分具有比該顯微結(jié)構(gòu)之外的部分的硬度高的硬度，并且鑄造可靠性進一步提高，這種情況是優(yōu)選的。
在Si顯微結(jié)構(gòu)中所含的Si晶粒平均粒徑優(yōu)選的是0.1-5μm。當平均粒徑是在上述范圍之內(nèi)時，Si顯微結(jié)構(gòu)強化了在鑄造棒材側(cè)邊表面上形成的一層固化殼，因而防止了由于鑄造棒材與模具內(nèi)壁之間磨擦作用所引起的未固化的熔融金屬流出。此外，在隨后的塑性加工期間，鑄造棒材不產(chǎn)生任何問題。具有Si顯微結(jié)構(gòu)的鑄造棒材的表面具有一種金屬光澤。
當本發(fā)明的連鑄棒材是通過長期鑄造操作生產(chǎn)時，可以防止鑄造棒材和模具內(nèi)壁之間的熱粘、鑄造棒材斷裂或熔融合金的流出。結(jié)果，可以減少調(diào)節(jié)操作條件(比如，待加入的潤滑油用量和鑄造速度)的頻率，因而可以實施可靠的鑄造操作。
得到上述作用的機制推定如下。本發(fā)明的連鑄棒材具有一富Si部分，所述富Si部分在棒材一個具有一中心角為30°或30°以上的側(cè)邊的表面上具有20μm或20μm以上的厚度，并因此鑄造棒材表面的硬度高于傳統(tǒng)的連鑄棒材表面的硬度。因此，可以想象的是，固化殼層與鑄造棒材和模具內(nèi)壁之間的接觸阻力相比變得更強，并抑制了鑄造缺陷(比如熱粘)的產(chǎn)生。具有Si顯微結(jié)構(gòu)的這部分鑄造棒材具有一種金屬光澤，并具有比鑄造棒材的其它部分更高的硬度。同時，可認為該鑄造棒材的上部(亦即，對應(yīng)于基本上是水平取向的管狀模具的上面內(nèi)壁部分的那部分)因為在那部分中存在過量潤滑油而冷卻不充分。當在鑄造棒材的上部中形成富Si部分時，可以想象的是，上部可靠地固化，因而可以防止未固化的熔融合金流出。
本發(fā)明的連鑄棒材優(yōu)選的是含有Ca，所述Ca量為至少0.003質(zhì)量％(更優(yōu)選的是0.003-0.05質(zhì)量％和還更優(yōu)選的是不少于0.006，具體地說，0.006-0.04質(zhì)量％)。這是由于，當鑄造棒材含這種量的Ca時，鑄造棒材表面的硬度可以進一步增加。結(jié)果，上述作用的效果可以進一步加強。
應(yīng)用本發(fā)明的連鑄棒材作為用于隨后塑性加工，如鍛造、滾鍛、拉制、旋轉(zhuǎn)加工或沖擊模塑的一種材料?？晒┻x擇地，應(yīng)用鑄造棒材作為用于機加工，如棒材切削或鉆孔，或類似處理的一種材料。當鑄造棒材經(jīng)受塑性加工或機加工時，在這種隨后的工序之前，如果希望的話，通過去皮將Si顯微結(jié)構(gòu)從鑄造棒材中除去。因為富Si部分與用于去皮的一種切削工具(比如一種車刀)在硬度上未顯示出很大差別，所以本發(fā)明的連鑄棒材的去皮可以很容易實施。當實施鑄造棒材去皮時，切屑在富Si部分處成為碎片，并因此可以避免在去皮期間所產(chǎn)生的問題，如切削刀具與切屑的纏結(jié)。結(jié)果，本發(fā)明的鑄造棒材顯示改良的可加工性、去皮之后極好的精加工和在隨后的鍛造工序期間良好的可鍛性，因而，例如提高了鑄造棒材的品質(zhì)(比如，尺寸精度)和一種鍛模的使用壽命。當連鑄棒材的表面經(jīng)受去皮時，優(yōu)選的是，最終鑄造棒材具有一為50μm或更小的表面粗糙度Rmax，并且沒有刀具痕跡。本文所用的術(shù)語“刀具痕跡”是指由進入用于去皮的一種切削工具(比如，一種車刀)的切屑所形成的刮痕，上述“刀具痕跡”用目視檢查檢測。
整個鑄造棒材，其中包括具有一高金屬光澤的圓周上部，具有一很光滑的鑄造表面。此外，鑄造棒材在其內(nèi)部不含空腔，并適合于用作一種鍛造材料。
即使在本發(fā)明的連鑄棒材在不去皮情況下經(jīng)受合適的熱處理時，該鑄造棒材也顯示出隨后加工所需的機械性能。
現(xiàn)在將說明在本發(fā)明中所應(yīng)用的一種示例性的裝置和應(yīng)用所述裝置的生產(chǎn)方法。在本發(fā)明中所應(yīng)用的水平連鑄法可以是一種已知的水平連鑄法。例如，可以應(yīng)用下述一種水平連鑄法，其中可以將一種或多種可以從一種氣體潤滑劑、一種液體潤滑劑、及一種通過液體潤滑劑熱分解所得到的氣體中選定的流體加入到具有一種強制冷卻裝置、并且被支承使得它的中心軸線基本上水平延伸的管狀模具的內(nèi)壁中；將一種熔融的含Si鋁合金通過管狀模具的第一端澆注到該管狀模具中，從而形成一種柱狀熔融合金主體；該主體在管狀模具中固化，從而形成一種鑄錠；及將鑄錠從管狀模具的第二端中取出。
圖2示出在本發(fā)明中所應(yīng)用的、在一個模具附近的一種示例性連鑄裝置。
設(shè)置一個中間包250，一種耐火材料板狀體210和一個管狀模具201，以使得盛裝在中間包250中的一種熔融合金255通過耐火材料板狀體210澆注到管狀模具201中。管狀模具201被支承以使得一中心軸線220基本上水平延伸。為了使熔融合金固化成鑄錠216，在管狀模具的內(nèi)部設(shè)置用于強制冷卻模具的裝置，和在管狀模具的出口處設(shè)置用于強制冷卻鑄錠的裝置。如圖2中所示，設(shè)置了一個作為用于強制冷卻鑄錠的裝置的一個例子的冷卻水噴淋裝置205。在管狀模具的出口附近，設(shè)置一個驅(qū)動裝置(未示出)，以便以一個預(yù)定的速率從模具中連續(xù)地取出經(jīng)過強制冷卻的鑄錠216。另外，設(shè)置一個同步式切割機(未示出)，以便將這樣取出的鑄造棒材切成預(yù)定長度的段/制件。
如圖2中所示，管狀模具201被支承以使得中心軸線200基本上水平延伸。此外，管狀模具201包括用于強制冷卻模具的裝置，所述裝置用于，通過將冷卻水202送入模具的冷卻水腔體204，以便由此通過熔融合金與其接觸的模具內(nèi)壁，除去裝在模具中的一種柱狀熔融合金體215的熱量，來冷卻模具的內(nèi)壁，因而在熔融合金的表面上形成一種固化殼層；及強制冷卻裝置，該強制冷卻裝置用于從噴淋裝置205中排放冷卻水，以便在模具的出口處將水直接加到鑄錠上，因而使模具中的熔融合金固化。在與噴淋裝置出口相對的未端處，將管狀模具通過耐火材料板狀體210連接到中間包250上，如圖2中所示，用于強制冷卻模具的冷卻水和用于強制冷卻鑄錠的冷卻水通過一個冷卻水供給管203供應(yīng)。然而，這兩類冷卻水可以分開供應(yīng)。強制冷卻裝置和管狀模具的冷卻水噴淋裝置優(yōu)選的是可以用控制信號控制它們的功能。
有效模具長度(圖4的標號字母L)定義為從冷卻水噴淋裝置出口的中心軸線與鑄錠表面相交的點到模具和耐火材料板狀體之間接觸表面測得的距離。有效模具長度優(yōu)選的是15-70mm。這是由于當有效模具長度在上述范圍內(nèi)時，在連鑄棒材具有中心角為30°或大于30°的一部分表面上足以形成一具有厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。當有效模具長度小于15mm時，在熔融合金上不能形成良好的涂層，并因此不能實施熔融合金的鑄造。相反，當有效模具長度超過70mm時，得不到強制冷卻的效果，并因此模具的內(nèi)壁支配熔融合金的固化，因而增加了模具與熔融合金或固化殼層之間的接觸阻力，導(dǎo)致不可靠的鑄造(比如，在鑄造表面上產(chǎn)生裂紋，或在模具中產(chǎn)生鑄錠斷裂)。
模具的材料優(yōu)選的是從金屬鋁、銅及其合金中選定的其中一種或者兩種或多種的組合。這些種材料的組合可以從熱導(dǎo)率、熱阻或機械強度的觀點確定。
模具優(yōu)選的是在它與熔融合金接觸的內(nèi)壁上，包括一個具有自潤滑性的環(huán)形可滲透多孔件222。該環(huán)形件設(shè)置在整個管狀模具的內(nèi)壁上。可滲透多孔件的透氣率優(yōu)選的是0.005-0.03L/(cm2×min)(更優(yōu)選的是，0.007-0.02L/(cm2×min))。對可滲透多孔件的厚度沒有提出特殊的限制，但厚度優(yōu)選的是2-10mm(更優(yōu)選的是，3-8mm)。這是由于當厚度在上述范圍內(nèi)時，在連鑄棒材一個側(cè)邊具有一中心角為30°或30°以上的表面上，足夠形成一具有厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。可滲透多孔件可以用例如石墨制成，所述石墨具有透氣率為0.008-0.012L/(cm2×min)。透氣率是通過測量在施加一2kg/cm2的壓力下每分鐘透過試件(厚度5mm)的空氣量得到。
優(yōu)選的是，在管狀模具中，可滲透多孔件設(shè)置在有效模具長度的5-15mm范圍內(nèi)。這是由于當可滲透多孔件設(shè)置在上述范圍內(nèi)時，在連鑄棒材一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上，足夠形成具有一厚度為20μm或大于20μm的一個富Si部分，優(yōu)選的是，在耐火材料板狀體、管狀模具、和可滲透多孔件相互接觸處的表面上，設(shè)置一個O形圈213。
管狀模具內(nèi)壁的徑向橫截面可以采取一種圓形、三角形、矩形、或一種既沒有對稱軸也沒有對稱平面的不規(guī)則形狀。當生產(chǎn)一種空心鑄錠時，可以將一個芯件設(shè)置在管狀模具的內(nèi)部。該管狀模具具有開口端。將熔融合金通過模具的一個第一端(經(jīng)由設(shè)置在耐火材料板狀體中的一個入口)澆注到模具中，并將固化的鑄錠從模具的一個第二端中擠出或取出。
模具的內(nèi)徑朝鑄錠取出方向增加以使模具的內(nèi)壁與中心軸線220之間的仰角/傾斜角優(yōu)選的是0-3°(更優(yōu)選的是，0-1°)。當仰角小于0°時，在從模具中取出鑄錠期間，在模具的出口處對鑄錠施加阻力，并因此不能實施鑄造。相反，當仰角超過3°時，熔融合金不完全與模具內(nèi)壁接觸，模具不足以執(zhí)行從熔融合金或固化殼層中移走熱量的作用，而導(dǎo)致熔融合金不充分固化。結(jié)果，很可能產(chǎn)生鑄造問題。例如，在鑄錠上形成一個再熔化的表面，或者未固化的熔融合金從模具的末端流出。
中間包包括一個熔融合金接收開口251，一個熔融合金容器252和一個出口253，熔融合金通過上述出口253澆注到模具中。中間包通過入口接收一種熔融鋁合金，所述鋁合金的組成通過例如設(shè)置在鑄造裝置外部的一個熔化爐預(yù)先確定。在中間包中，熔融合金的液面254保持在高于模腔上表面的一個位置處。當實施多型鑄造時，熔融合金可靠地從中間包澆注到多個模具中。盛裝在中間包的熔融合金容器中的熔融合金，通過設(shè)置在耐火材料板狀體中的熔融合金入口211澆注到模具中。熔化爐或中間包優(yōu)選的是設(shè)置一個加Ca裝置，和優(yōu)選的是用控制信號控制所加Ca量。
耐火材料板狀體210用于將中間包和模具分開。板狀體可以用一種耐火絕熱材料制成。所述材料的例子包括Lumiboard(Nichias公司產(chǎn)品)、Insural(Foseco有限公司產(chǎn)品)和Fiber Blanket Board(Ibiden有限公司產(chǎn)品)。耐火材料板狀體具有這種形狀，以便其中可以形成一個熔融合金入口。耐火材料板狀體在從模具內(nèi)壁向內(nèi)延伸的一部分中，可以形成一個或多個熔融合金入口。
標號208代表一個用于供給一種流體的流體供給管。待供給的流體的一些例子包括各種潤滑流體。流體可以是從一種氣態(tài)潤滑劑和一種液體潤滑劑中選擇的一種或一種以上。優(yōu)選的是，一種氣態(tài)潤滑劑供給管和一種液體潤滑劑供給管分開設(shè)置。將經(jīng)過加壓并通過流體供給管208加入的流體通過一個圓形通路224并加入到管狀模具和耐火材料板狀體之間的一個間隙中。優(yōu)選的是，在模具和耐火材料板狀體相互接觸處的一部分中，形成一個200μm或小于200μm的間隙。間隙具有這樣一個尺寸，以致熔融合金不進入該間隙，而流體可以穿過該間隙流到模具內(nèi)壁上。如圖2中所示，圓形通路224設(shè)置在可滲透多孔件222的圓周上，而所述多孔件222設(shè)置在管狀模具中。加壓的流體透過整個與熔融合金接觸的可滲透多孔件，并送到管狀模具的內(nèi)壁221上。在某些情況下，液體潤滑劑通過加熱分解成一種氣體，并將氣化的潤滑劑加到管狀模具的內(nèi)壁上。
結(jié)果，可以改善管狀模具的可滲透的多孔表面與金屬塊周邊即柱狀熔融合金主體的周邊或固化殼層的周邊之間的潤滑性。因為環(huán)形可滲透多孔件設(shè)置在模具的內(nèi)壁上，所以得到極好的潤滑效果，并且可以很容易生產(chǎn)一種具有一富Si部分(厚度20μm或大于20μm)的連鑄鋁合金棒材，上述富Si部分在連鑄棒材一個側(cè)邊的具有一中心角為30°或大于30°的表面上形成。
在從加進的氣態(tài)和液體潤滑劑，及通過液體潤滑劑分解所得到的氣體中選擇的一種或一種以上潤滑劑存在的情況下，形成一個角部空間230。
現(xiàn)在將說明本發(fā)明的生產(chǎn)方法。
如圖2中所示，將中間包250中的熔融合金通過耐火材料板狀體210澆注到管狀模具201中，并在模具的出口處將熔融合金強制冷卻和固化，以便形成鑄錠216，其中，上述管狀模具201被支承以使得它的中心軸線基本上水平延伸。通過利用設(shè)置在模具出口附近的驅(qū)動裝置，以一預(yù)定的速率從模具中連續(xù)取出鑄錠216，以便由此形成一種鑄造棒材。利用同步式切割機將最終的鑄造棒材切成預(yù)定長度的制件。
當生產(chǎn)連鑄鋁合金棒材時，確定熔融合金的組成和溫度以使得在連鑄棒材一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上，形成一個具有厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。因此，可以認為，熔融合金固化界面217的狀態(tài)和角部空間230的狀態(tài)穩(wěn)定。結(jié)果，可以實施可靠的鑄造操作。還這樣確定有效模具長度，以便在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上，形成一個具有厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。
現(xiàn)在將說明盛裝在中間包中的熔融鋁合金255的組成。熔融鋁合金優(yōu)選的是含Si量為7-14質(zhì)量％(更優(yōu)選的是，8-13質(zhì)量％和更優(yōu)選的是12-13質(zhì)量％)和金屬Ca量為至少0.003質(zhì)量％(更優(yōu)選的是0.003-0.04質(zhì)量％和更優(yōu)選的是0.003-0.03質(zhì)量％)。除了這些成分之外，熔融合金優(yōu)選的是含有鐵(0.1-0.5質(zhì)量％)、銅(2.0-9.0質(zhì)量％)、Mn(0-0.5質(zhì)量％)和Mg(0.2-1.0質(zhì)量％)。
含Si量為8-13質(zhì)量％的熔融鋁合金尤其是優(yōu)選的，因為最終的鑄錠顯示極好的機械特性，這是由于由鑄錠中含有的鋁和硅而形成層狀顯微結(jié)構(gòu)，并且鑄錠由于存在堅硬的硅而顯示增強的耐磨性。
現(xiàn)在將說明合金中的Ca含量與加入合金中Ca量的關(guān)系。
當合金中不可避免地含有Ca時，通過分析所測定的合金中的Ca含量是(1)合金原料中不可避免地所含有的Ca(Ca主要是從用作一種原料的含Ca金屬硅中得到)和(2)加到熔融合金中的Ca二者的總量。例如，當不加Ca到熔融合金中時，在最終鑄錠中所檢測到的Ca是從原料得到，并且不可避免地包含在鑄錠中。同時，當加Ca到熔融合金中時，所加的Ca量通過從鑄錠中所含的Ca總量減去該不可避免的Ca量得到。
在本發(fā)明中，合金中所含的Ca量優(yōu)選的是0.003質(zhì)量％或高于0.003質(zhì)量％。尤其是，加到合金中的Ca量優(yōu)選的是0.003質(zhì)量％或高于0.003質(zhì)量％。在鑄錠中加入的Ca和不可避免的Ca總量優(yōu)選的是0.004質(zhì)量％或更高(更優(yōu)的是，0.004-0.05質(zhì)量％和更優(yōu)選的是0.05質(zhì)量％或低于0.05質(zhì)量％)。這是由于當Ca總量在上述范圍內(nèi)時，促進形成一個富Si部分，并使鑄錠中的硅晶粒微細化/微型化，因而提高了鑄錠的機械強度。
不可避免的Ca在用作熔融鋁合金的一種原料的金屬硅中含有，并因此可以認為以硅酸鈣的形式存在。同時，可以想象，加到熔融鋁合金中的Ca在合金中不形成氧化物。因此，為了促進一種富Si部分的形成和使鑄錠中的硅晶粒微型化，優(yōu)選的是，將待加的Ca量調(diào)節(jié)到至少為0.003質(zhì)量％，更優(yōu)選的是，0.003-0.03質(zhì)量％。
加到合金中的Ca優(yōu)選的是具有純度為至少99.9質(zhì)量％的金屬Ca。從操作方便的觀點來看，Ca優(yōu)選的是顆粒狀形式。在調(diào)節(jié)熔融合金中除Ca之外的元素成分完成之后，將Ca粒加到熔融合金中。為了防止在添加過程中Ca粒氧化，優(yōu)選的是，在加入Ca粒之前，將Ca粒用鋁箔包著。
鑄錠中各種合金成分的組成比可以通過例如JIS H 1305所規(guī)定的方法應(yīng)用一種基于光電光譜法的光學(xué)發(fā)射光譜儀(比如，PDA-5500，島津公司產(chǎn)品)確定。
盛裝在中間包中熔融合金的液位254與模具內(nèi)壁的頂部表面之間的高度差優(yōu)選的是0-250mm(更優(yōu)選的是，50-170mm)。這是由于當高度差在上述范圍內(nèi)時，澆注到模具中的熔融合金壓力與一種液體潤滑劑和通過潤滑劑氣化所得到的一種氣體的壓力很好地平衡，并因此提高了可鑄性，可以很容易生產(chǎn)具有一種富Si部分(厚度20μm或大于20μm)的連鑄鋁合金棒材，上述富Si部分在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有中心角為30°或大于30°的表面上形成。當在中間包上設(shè)置一個液位傳感器用于測量和監(jiān)測熔融合金的液位時，可以精確地控制合金的液位，以便由此將上述高度差保持在一預(yù)定值處。
液體潤滑劑可以是一種起潤滑油作用的植物油。植物油的例子包括菜籽油、蓖麻油，和色拉油。使用這種植物油是優(yōu)選的，因為它很少惡劣地影響環(huán)境。
潤滑油的供給量優(yōu)選的是0.05-5ml/分鐘(更優(yōu)選的是，0.1-1ml/分鐘)。這是由于當供給量在上述范圍內(nèi)時，在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上足以形成具有一厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。當供給量過小時，由于很差的潤滑性而產(chǎn)生鑄錠漏鋼/拉漏，而當供給量過大時，過量潤滑油進入鑄錠，造成鑄錠的內(nèi)部缺陷。
從模具中取出鑄錠的速率(亦即，鑄造速度)優(yōu)選的是200-1500mm/分鐘(更優(yōu)選的是，400-1000mm/分鐘)。這是由于當鑄造速度在上述范圍內(nèi)時，在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上足以形成具有一厚度為20μm或大于20μm的富Si部分，結(jié)果，即使在生產(chǎn)條件改變時，也不損害可鑄造性，以及可以在高冷卻速率下得到具有一精細而均勻結(jié)構(gòu)的鑄錠。
從冷卻水噴淋裝置供應(yīng)到每個模具的冷卻水的體積優(yōu)選的是5-30L/分鐘(更優(yōu)選的是，25-30L/分鐘)。當冷卻水量過小時，不足以在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上形成一具有厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。結(jié)果，可能產(chǎn)生漏鋼/拉漏，并且鑄錠的表面可能再熔化，以便由此形成一種非均勻的結(jié)構(gòu)，上述非均勻結(jié)構(gòu)會殘留在鑄錠中作為一種內(nèi)部缺陷。相反，當冷卻水量過大時，從模具中除去很大量的熱，因而，不能實施鑄造。
從中間包澆注到模具中的熔融合金的平均溫度優(yōu)選的是600-750℃(更優(yōu)選的是，640-680℃)，因為在連鑄棒材的一個側(cè)邊具有一中心角為30°或大于30°的表面上足夠形成一個具有一厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。當熔融合金的溫度過低時，在模具中或模具的上游位置處形成大結(jié)晶產(chǎn)物，上述產(chǎn)物以內(nèi)部缺陷形式進入鑄錠中。相反，當熔融合金的溫度過高時，大量氫氣進入熔融合金中，并且在鑄錠中產(chǎn)生孔隙(亦即，內(nèi)部缺陷)。
下面，本文將參照圖5說明用于檢測和測定在按照本發(fā)明所述一種連鑄棒材的表面上縱向形成的帶形富Si部分的方法。
圖5是示出本發(fā)明的一種連鑄鋁合金棒材的一種生產(chǎn)裝置501的一個例子的構(gòu)造示意圖。
該生產(chǎn)裝置501包括一個生成熔融鋁合金的熔化爐502；一個將Ca加到熔化爐502中的加Ca裝置503；一個具有如圖2中所示的構(gòu)造、并且從熔化爐502供給的熔融鋁合金被送入其中的鑄造裝置504；一個從鑄造裝置504中取出用鑄造裝置504鑄造的連鑄鋁合金棒材101的取出驅(qū)動裝置504；一個檢測在連鑄棒材101的表面上所形成的一個富Si部分的區(qū)域并輸出檢測信號的檢測部506；一個分析連鑄棒材101的組成并輸出Ca含量測定數(shù)據(jù)信號的分析部507；一個用預(yù)先設(shè)定的判定條件將來自檢測部506和分析部507的輸出信號進行比較，并輸出基于比較所得到的判定信號的判定部508；及一個根據(jù)輸出信號控制每個部，以使判定信號是在預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)的控制部509。應(yīng)該注意，可以省略分析部，控制部可以包括多個以一種分散方式設(shè)置的控制部。
熔化爐502具有一個加熱器(未示出)和一個溫度檢測器(未示出)。加熱器通過控制部509控制，以便使爐內(nèi)溫度保持在一預(yù)定的溫度下，溫度檢測器檢測爐內(nèi)溫度，并將一檢測得的溫度輸出到控制部509。除了加Ca裝置，還設(shè)置了另一些用于將形成熔融鋁合金的金屬成分加入到熔化爐502中的裝置(未示出)。包括加Ca裝置503在內(nèi)的每個加入/投入裝置都裝備有一個加入機構(gòu)(未示出)和一個檢測器(未示出)，所述檢測器用于檢測所加的量。每個加入機構(gòu)都通過控制部509控制，以便將每種金屬加入到熔化爐502中，每個檢測器都檢測所加的量，并將所檢測到的量輸出到控制部509。鑄造裝置504裝備有一個潤滑裝置(未示出)；和冷卻裝置(未示出)及若干用于各金屬成分的溫度檢測器。潤滑裝置和冷卻裝置通過控制部509控制，以便將熔融鋁合金冷卻成一種連鑄鋁合金棒材101，各溫度檢測器檢測中間包內(nèi)部溫度和模具內(nèi)部溫度，并將所檢測得的溫度輸出到控制部509。取出裝置505裝備有一個用于檢測取出速度的速度檢測器(未示出)，并通過控制部509控制，以便從鑄造裝置504中取出連鑄鋁合金棒材，速度檢測器檢測取出速度，并將所檢測得的速度輸出到控制部509。
由于連鑄鋁合金棒材101的一個富Si部分在表面性能上與上述棒材的其它部分有差異，所以檢測部506可以選用任何能檢測出該差異的檢測器。因為富Si部分的表面具有一種金屬光澤和/或不同程度的粗糙度，所以可以例如選用一種檢測反射系數(shù)和/或表面粗糙度的檢測器，以便檢測金屬光澤和/或粗糙程度。一種光學(xué)、超聲波或電容檢測器尤其有利，因為它能在非接觸狀態(tài)下進行檢測。因為要求檢測器檢測富Si部分區(qū)域，所以它必需具有一種覆蓋具有上述待檢測的表面性能的連鑄鋁合金棒材整個表面的功能或者一種掃描檢測范圍的功能。
從檢測部506，將對應(yīng)于所檢測連鑄鋁合金棒材101的富Si部分的位置和表面性能的結(jié)果的檢測信號輸出到判定部508。
判定部508中具有預(yù)先設(shè)定的判定條件，并用預(yù)先設(shè)定的判定條件比較來自檢測部506的關(guān)于富Si部分的檢測信號和來自分析部507的分析結(jié)果，亦即Ca量測量數(shù)據(jù)信號。例如，它檢測在表面性能結(jié)果中產(chǎn)生差異的一部分作為富Si部分和其它部分之間的邊界，以便確定富Si部分的區(qū)域。它還具有一種將控制根據(jù)上述比較和判定結(jié)果的鑄造條件的控制信號反饋到控制部509的功能。
用模擬信號或數(shù)字信號都可以實施信號處理、判定處理和條件設(shè)定處理。
用于確定富Si部分的一些條件包括對應(yīng)于連鑄鋁合金棒材101具有一中心角為至少30°的側(cè)邊表面的區(qū)域的反射系數(shù)和表面粗糙度。
在鑄造時控制熔融鋁合金溫度和鑄造速度。因此，通過例如根據(jù)在檢測部506處檢測的鑄造裝置504中所產(chǎn)生的連鑄鋁合金棒材101的信號，升高熔融鋁合金溫度，可以使具有金屬光澤的部分變寬。其原因是鋁合金熔化溫度和固化溫度之間的不同而產(chǎn)生固化狀態(tài)的不同，可以推定會造成在形成一種金屬光澤時的可控制性。同樣的推定適用于鑄造速度。熔融鋁合金溫度可以通過控制用于熔化爐502的加熱溫度，對供給到中間包途中和在其內(nèi)部的金屬成分的保溫加熱等進行調(diào)節(jié)。鑄造速度可以用一個能調(diào)節(jié)模具的強制冷卻、冷卻水噴淋裝置中的冷卻水量、取出驅(qū)動裝置505的取出速度和熔融鋁合金溫度的裝置進行調(diào)節(jié)。
優(yōu)選的是還包括在鑄造時要控制的加入的Ca量，因為這增加設(shè)定鑄造條件的自由度。如圖5中所示，加Ca裝置503設(shè)置成與用于將形成熔融鋁合金的一些金屬成分加入熔化爐502的若干加入裝置(未示出)并聯(lián)的加Ca裝置。通過這樣做，可以很容易聯(lián)合控制待加入的各種金屬成分和Ca的量。加入Ca的作用是降低固化溫度和改變?nèi)蹮挏囟扰c固化溫度之間的溫差，而產(chǎn)生固化狀態(tài)上的不同。這可以推定能形成一種可控制的金屬光澤。如果將Ca直接加到中間包中，可以得到同樣的效果。
為了用較高精度管理待加的Ca量，優(yōu)選的是設(shè)置分析部507用于把通過鑄造產(chǎn)品的組成分析所得到的Ca量測定結(jié)果的數(shù)據(jù)傳送到判定部508，并根據(jù)加入的Ca量數(shù)據(jù)和富Si部分區(qū)域的判定結(jié)果控制熔融鋁合金溫度、鑄造速度和待加的Ca量。這是由于可精確地將待加的Ca量控制到不低于0.003質(zhì)量％，并且還能控制富Si部分的區(qū)域的緣故。
在組成分析方法能檢測Ca量的情況下，對所述組成分析方法沒有提出特殊的限制。或者是一種在鑄造之后可以立即開始分析棒材表面中的Ca量的方法，或者是一種在取出一個樣品后可以離線測量Ca量的方法。采用不超過1小時測量時間的方法是優(yōu)選的。例如，可以引用發(fā)射光譜分析用于Ca量測定。
使用這種裝置能很容易生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材，其中，在該棒材的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
因為在連鑄鋁合金棒材的上表面上所形成的富Si部分抑制熱粘和漏鋼/拉漏，所以能穩(wěn)定地生產(chǎn)連鑄鋁合金棒材。
利用這種生產(chǎn)裝置生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法控制熔融鋁合金溫度和它的固化溫度之間的溫差或者控制該溫差和從管狀模具中取出連鑄鋁合金棒材的速度二者，因而很容易生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材，其中，在該棒材的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
因為在連鑄鋁合金棒材的上表面上所形成的富Si部分抑制熱粘和斷裂，所以能穩(wěn)定地生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材。
下面將說明本發(fā)明的一些實例，但本發(fā)明不限于這些實例。
例1-4加金屬Ca到含Si量為12質(zhì)量％的一種鋁合金中(Ca含量在例1中為0.003質(zhì)量％，在例2中為0.006質(zhì)量％，在例3中為0.01質(zhì)量％及在例4中為0.03質(zhì)量％)。利用圖2中所示的裝置對最終熔融合金進行水平連鑄，從而形成一種坯錠。在模具中應(yīng)用一種石墨制的可滲透多孔件，上述石墨具有透氣率為0.01L/(cm2×min)。鑄造條件如下(1)中間包中熔融合金的液位與模具內(nèi)壁上部之間的高度差150mm(2)潤滑油菜籽油(3)潤滑油的供給量0.2mL/分鐘(4)鑄造速度900mm/分鐘(5)冷卻水供給量25L/分鐘(6)中間包中熔融合金的平均溫度660℃對照例1除了不加金屬Ca到鋁合金中以外重復(fù)例1的操作以由此實施水平連鑄。
圖6是示出在各個實例和對照例1中在水平軸上的鑄造時間和垂直軸上產(chǎn)生鑄造問題的頻率(30分鐘內(nèi)發(fā)生的問題數(shù))之間關(guān)系的曲線。術(shù)語“鑄造問題”是指由于產(chǎn)生錠坯拉漏或斷裂而引起的鑄造操作停止。在鑄造操作停止之后立即更換模具，然后重新開始鑄造操作。
在例1-4其中每一個實例(實際鑄造操作總數(shù)100)中，各鑄造條件穩(wěn)定，并且產(chǎn)生鑄造問題(比如，熔融合金流出或錠坯斷裂)的頻率減少。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這樣生產(chǎn)的鑄造棒材在其周邊的上部上具有一種很光滑的鑄造表面，所述鑄造表面包括具有很高金屬光澤的一部分；及在鑄造棒材的內(nèi)部沒有空腔。
觀察該金屬光澤部分的結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這部分具有一含α-Al的面積百分率小于50％的一種Si顯微結(jié)構(gòu)。
在對照例1(實際鑄造操作總數(shù)100)中，鑄造條件不穩(wěn)定，并且鑄造表面條件產(chǎn)生變化。產(chǎn)生鑄造棒材和模具內(nèi)壁之間的熱粘、鑄造棒材斷裂或由這種斷裂所引起的熔融合金從模具流出的問題。當這種問題發(fā)生時，鑄造操作停止，需要調(diào)整潤滑油的供給量或者鑄造速度，導(dǎo)致很差的生產(chǎn)效率。用肉眼觀察這樣生產(chǎn)的鑄造棒材的表面。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)棒材的上部鑄造表面具有一種周期的鱗狀圖形，并發(fā)現(xiàn)其下部鑄造表面具有大的和小的熱粘部分。這種異常的表面狀態(tài)嚴重地影響鑄造棒材的內(nèi)部深處。
表1-3分別示出各個實例與對照例1的結(jié)果，表1中是合金組成的分析結(jié)果，而表2和3中是富Si部分物理性能的測量結(jié)果。
表1[質(zhì)量％]

表2

表3

例5-8加金屬Ca到一種含Si量為12質(zhì)量％、Cu量為4質(zhì)量％和Mg量為0.5質(zhì)量％的鋁合金中(Ca含量在例5中為0.003質(zhì)量％，在例6中為0.006質(zhì)量％，在例7中為0.01質(zhì)量％和在例8中為0.03質(zhì)量％)。利用圖2中所示的裝置使最終的熔融合金經(jīng)受水平連鑄，以便由此形成一種錠坯(直徑50mm)。在模具中應(yīng)用一種石墨制的可滲透多孔件，上述石墨具有透氣率為0.01L/(cm2×min)。鑄造條件如下。
(1)中間包中熔融合金液位與模具內(nèi)壁上部之間的高度差170mm(2)潤滑油菜籽油
(3)潤滑油的供給量0.3mL/分鐘(4)鑄造速度900mm/分鐘(5)冷卻水供給量30L/分鐘(6)中間包中熔融合金的平均溫度660℃對照例2除了不加金屬Ca到鋁合金中之外，重復(fù)例5的操作，以便由此實施水平連鑄。
圖7是示出在各個實例與對照例2中水平軸上的鑄造時間與垂直軸上產(chǎn)生鑄造問題的頻率之間的關(guān)系的曲線。如在例1中的情況一樣，每個實例中實施連鑄的結(jié)果很好。也就是說，顯著減少了鑄造缺陷。在每個實例(鑄造操作總數(shù)100)中，鑄造條件很穩(wěn)定，并且發(fā)生操作問題(比如，熔融合金流出或者錠坯斷裂)的頻率減少。
具有在鑄造棒材上表面上所形成的高金屬光澤的一部分經(jīng)受硬度測量。其中加Ca到合金中的例5-8中每個鑄造棒材的表面，與其中不加Ca到合金中的對照例2的鑄造棒材相比，具有比較高的硬度。只在含金屬Ca的鑄造棒材上表面上形成的金屬光澤部分，具有比鑄造棒材其它部分相對較高的硬度?？梢酝贫?，當金屬光澤部分在鑄造棒材的上部上形成時，可以防止未固化的熔融合金從鑄造棒材的上部中流出，上述鑄造棒材的上部相應(yīng)于由于過量潤滑油存在而導(dǎo)致熔融合金未充分冷卻的模具內(nèi)壁上部。
觀察具有金屬光澤部分的結(jié)構(gòu)，并發(fā)現(xiàn)該部分具有一種含α-Al的面積百分率小于50％的Si顯微結(jié)構(gòu)。
與上述各實例的情況相反，在對照例2(鑄造操作總數(shù)100)中，鑄造條件不穩(wěn)定，和產(chǎn)生鑄造表面條件的變化。產(chǎn)生鑄造棒材與模具內(nèi)壁之間的熱粘、鑄造棒材斷裂，或這種斷裂所引起的熔融合金從模具中流出的問題。當產(chǎn)生這種問題時，鑄造操作被停止，并且需要調(diào)整潤滑油的供給量或者鑄造速度，而導(dǎo)致很差的生產(chǎn)效率。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中不加金屬Ca到熔融合金的對照例2的鑄造棒材的上表面具有一周期性的鱗狀圖形。此外，發(fā)現(xiàn)鑄造棒材的上表面沒有富Si部分，并且發(fā)現(xiàn)上表面的結(jié)構(gòu)與鑄造棒材內(nèi)部的結(jié)構(gòu)相同。
表1-3分別具體地示出各個實例和對照例的結(jié)果，合金組成的分析結(jié)果、及富Si部分的物理性能的測量結(jié)果。
表4示出每個實例的鑄造棒材的Si顯微結(jié)構(gòu)中所含Si晶粒的平均粒徑。
表4

例9、10、11和12除了應(yīng)用具有下列透氣率的可滲透多孔件之外，重復(fù)例5的操作在例9中(透氣率為)0.008L/(cm2×min)，在例10中0.012L/(cm2×min)，在例11中0.001L/(cm2×min)或者在例12中0.1L/(cm2×min)，以便由此實施水平連鑄。
在例9和10中，得到與例5那些類似的結(jié)果。在例11中，產(chǎn)生鑄造問題(亦即，停止鑄造操作)的頻率不顯著增加，但得到的潤滑效果不充分，并且往往會產(chǎn)生下列問題在鑄造棒材的表面上熱粘，鑄造棒材斷裂和不可靠的鑄造操作。在例12中，產(chǎn)生鑄造問題(亦即，停止鑄造操作)的頻率不顯著增加，但模具中存在過量潤滑油，并且往往會產(chǎn)生下列問題由于冷卻不充分而流出熔融合金，中間體侵入鑄造棒材的表面或內(nèi)部，及不可靠的鑄造操作。
工業(yè)實用性如上所述，本發(fā)明提供一種連鑄鋁合金棒材的生產(chǎn)方法，以使該鑄造棒材在它的一個具有一中心角為30°或大于30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為20μm或大于20μm的富Si部分。因此，按照本發(fā)明，可以實現(xiàn)可靠的鑄造操作。
權(quán)利要求
1.一種連鑄鋁合金棒材，所述連鑄鋁合金棒材通過一種應(yīng)用一管狀模具的水平連鑄法生產(chǎn)，所述管狀模具被支承使得其中心軸線基本上水平延伸，并且該管狀模具具有一強制冷卻裝置，所述棒材在它的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
2.按照權(quán)利要求1所述的連鑄鋁合金棒材，其特征在于，所述富Si部分具有一種Si顯微結(jié)構(gòu)，當在由所述棒材的一個徑向橫截面中得到的顯微結(jié)晶圖像中測定時，所述Si顯微結(jié)構(gòu)含有初α-A1晶體的面積百分率小于50％。
3.按照權(quán)利要求2所述的連鑄鋁合金棒材，其特征在于，所述Si顯微結(jié)構(gòu)含有平均粒徑為0.1-5μm的Si晶粒。
4.按照權(quán)利要求1-3其中之一所述的連鑄鋁合金棒材，其特征在于，它包含有Si量為7-14質(zhì)量％。
5.按照權(quán)利要求1-4其中之一所述的連鑄鋁合金棒材，其特征在于，它包含有Ca量為至少0.003質(zhì)量％。
6.按照權(quán)利要求1-5其中之一所述的連鑄鋁合金棒材，其特征在于，它具有一50μm或小于50μm的表面粗糙度Rmax，并且當鑄造之后經(jīng)受去皮處理時，在其表面上沒有刀具痕跡。
7.一種用于使用一管狀模具生產(chǎn)連鑄鋁合金棒材的方法，所述管狀模具被支承使得其中心軸線基本上水平延伸，并且該管狀模具具有一個強制冷卻裝置，所述方法包括控制一種被澆注到所述管狀模具中的熔融鋁合金的溫度與該熔融鋁合金的固化溫度之間的溫差，并鑄造一種棒材，以便形成一個在該棒材的一個具有一中心角為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分。
8.按照權(quán)利要求7所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，還包括控制從所述管狀模具中取出所述棒材的速度。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，還包括應(yīng)用一種熔融鋁合金作為原料，所述熔融鋁合金含Si量為7-14質(zhì)量％和含Ca量為至少0.003質(zhì)量％；將鑄造速度調(diào)節(jié)到200-1500mm/min，并將所述熔融鋁合金的溫度調(diào)節(jié)到等于或大于該合金的液相線溫度；及利用一種由從鋁、銅及其合金中選定的其中一種或兩種以上的組合的材料制成的、并具有15-70mm的有效模具長度的模具作為所述管狀模具。
10.按照權(quán)利要求9所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，所述熔融鋁合金加Ca量為至少0.003質(zhì)量％。
11.按照權(quán)利要求10所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，所述Ca是具有純度為至少99.9質(zhì)量％的金屬Ca。
12.按照權(quán)利要求8-11其中之一所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，所述管狀模具在它與所述熔融鋁合金接觸的內(nèi)壁上具有一個透氣率為0.005-0.03L/(cm2×min)的環(huán)形可滲透多孔件。
13.按照權(quán)利要求12所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的方法，其特征在于，所述可滲透多孔件設(shè)置在所述有效模具長度的5-15mm范圍內(nèi)。
14.一種用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的裝置，所述裝置包括一個其中盛裝熔融鋁合金并由其供給熔融鋁合金的熔化爐(502)；一個鑄造部(504)，所述鑄造部裝備有一個圓筒形模具(201)和一個冷卻裝置(202)，并在該處將所述熔融鋁合金鑄造成一種固化的鑄錠；一個取出驅(qū)動部(505)，在該取出驅(qū)動部(505)處將所述固化的鑄錠基本上水平地從所述圓筒形模具中取出，以形成一種具有一個富Si部分(104)的連鑄鋁合金棒材(101)；一個檢測部(506)，在該檢測部(506)處檢測所述富Si部分的一個區(qū)域并由其輸出檢測得的信號；一個判定部(508)，在該判定部(508)處將所述的檢測得的信號與預(yù)先設(shè)定的判定條件進行比較，并由其輸出判定信號；及一個控制部(509)，所述控制部(509)根據(jù)所述判定信號控制熔化爐中的所述熔融鋁合金的溫度、所述鑄造部的冷卻裝置和所述取出驅(qū)動部的取出速度，以便所檢測得的信號落在預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
15.按照權(quán)利要求14所述的用于生產(chǎn)一種鑄鋁合金棒材的裝置，其特征在于，還包括一個加Ca部(503)，所述加Ca部(503)由所述控制部(509)根據(jù)所述判定信號進行控制，以使所述檢測得的信號落在判預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
16.按照權(quán)利要求15所述的用于生產(chǎn)一種連鑄鋁合金棒材的裝置，其特征在于，還包括一個分析部(507)，在該分析部(507)處分析所述熔融鋁合金的組成，并根據(jù)分析結(jié)果將Ca量測量數(shù)據(jù)信號輸出到所述判定部(508)；所述控制部(509)根據(jù)來自所述判定部的判定信號控制所述加Ca部(503)，以使Ca量落在所述預(yù)先設(shè)定的判定條件范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連鑄鋁合金棒材(101)，它通過一種應(yīng)用一管狀模具的水平連鑄法生產(chǎn)，所述管狀模具被支承使得其中心軸線基本上水平延伸，并且該管狀模具具有一強制冷卻裝置。該棒材在它的一個具有一中心角(103)為至少30°的側(cè)邊的表面上具有一厚度為至少20μm的富Si部分(104)。
文檔編號B22D11/055GK1671495SQ0381737
公開日2005年9月21日 申請日期2003年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月22日
發(fā)明者小田島康秀, 柳本茂 申請人:昭和電工株式會社