半固态连铸技术研究现状与展望

产品时间:2022-02-15 00:24

简要描述:

1.半固态连铸的基本概念与技术关键半固态连铸是半固态加工与现代连铸技术相结合的产物。它与普通连铸的显然区别在于金属熔体转入结晶器时的状态有所不同。 在普通连铸中,金属液以全液态转入结晶器。而在半固态连铸过程中,金属熔体以固液两互为并存的状态转入结晶器,其中的固相为非枝晶粒状的组织。半固态连铸的主要工艺流程为金属冶金→半固态浆料的制取→纳坯。 其技术关键主要有两个,一是倒数加热加热条件下非枝晶粒状固相的构成与掌控,二是所含非枝晶粒状固相的半固态浆料的充型。...

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本文摘要:1.半固态连铸的基本概念与技术关键半固态连铸是半固态加工与现代连铸技术相结合的产物。它与普通连铸的显然区别在于金属熔体转入结晶器时的状态有所不同。 在普通连铸中,金属液以全液态转入结晶器。而在半固态连铸过程中,金属熔体以固液两互为并存的状态转入结晶器,其中的固相为非枝晶粒状的组织。半固态连铸的主要工艺流程为金属冶金→半固态浆料的制取→纳坯。 其技术关键主要有两个,一是倒数加热加热条件下非枝晶粒状固相的构成与掌控,二是所含非枝晶粒状固相的半固态浆料的充型。

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1.半固态连铸的基本概念与技术关键半固态连铸是半固态加工与现代连铸技术相结合的产物。它与普通连铸的显然区别在于金属熔体转入结晶器时的状态有所不同。

在普通连铸中,金属液以全液态转入结晶器。而在半固态连铸过程中,金属熔体以固液两互为并存的状态转入结晶器,其中的固相为非枝晶粒状的组织。半固态连铸的主要工艺流程为金属冶金→半固态浆料的制取→纳坯。

其技术关键主要有两个,一是倒数加热加热条件下非枝晶粒状固相的构成与掌控,二是所含非枝晶粒状固相的半固态浆料的充型。2.半固态连铸的产生、发展与现状2.1概况Flemings最先明确提出了半固态连铸的技术思想[1],并首先对较低熔点有色合金展开了试验研究[2]。转入八十年代以后,美国Alumax公司首度设计生产了一台可以小批量生产的有色金属半固态连铸机[1]。

随后,美国ISC(INLANDSTEELCOMPANY)开始了半固态圆坯连铸机的商业化工作。在此基础上,1995年美国ISC公司更进一步积极开展了钢铁材料半固态连铸的试验研究[3],获得了尚之信的结果。

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我国东南大学、清华大学、有色金属总院等单位也分别积极开展了有色金属半固态铸的研究。1996年本课题组与河北贺进建材机械厂等单位牵头立项,积极开展了黑色金属半固态连铸的研究,并获得了突破性进展[4],1998年初经国家教育部的组织检验,超过了国际先进设备水平,空缺了我国黑色金属半固态连铸研究的空白。综观国内外半固态连铸技术的研究可以找到,目前所获得的主要进展是:(1)奠定了半固态连铸的技术内涵;(2)从较低熔点有色合金迈入了高熔点黑色金属领域;(3)对倒数加热加热条件下非枝晶固相的构成与演进有了具体的了解;(4)明确提出了半固态连铸过程稳定性状态方程及其工艺设计准则;(5)对半固态连铸坯的特点及质量评价有了客观的了解。

2.2半固态连铸机机型现有的半固态连铸机有两类:水平连铸机和横向连铸机。两类机型的基本构成是一样的,都还包括制浆室,过渡性段,结晶器,拉矫机构及加热冷却系统,二者的主要区别在于纳坯方向是水平的还是横向的。

水平式半固态连铸机浆料转入结晶器的压力损失大,更容易再次发生流道阻塞,无法生产高固互为分数的半固态坯,而且这种连铸机占地面积大。横向式半固态连铸机浆料填充结晶器更容易,可以生产高固互为分数的半固态坯。但是这种连铸机必须地坑作业,铸坯长度受到限制。目前半固态连铸机以横向式连居多。

限于于有色金属的半固态连铸机制浆室多用不锈钢生产,而黑色金属半固态连铸机制浆室则无一例外地使用耐火材料做成。制浆室加热方式以非接触式电磁加热居多,在有色金属半固态连铸中也有延用早期机械加热的。

为了减慢制浆室内金属熔体的加热速度,多数都在制浆室外加设一个冷却装置。此外,为了确保半固态浆料需要成功转入结晶器,国外半态连铸机在制浆室与结晶器之间加设了一个用耐火材料制作并具备冷却功能的过渡性段,使半固态熔体通过时温度有所回落。纳坯机构基本上是对现代连铸技术的修改,主要有液压及机械式两大类。液压式纳坯机构运营稳定,便于调节,机械式纳坯机构操作者简单,投资小。

本课题组研制成功的限于于黑色金属的半固态连铸机使用转动永磁体三维磁加热,并中止了制浆室的外热源冷却及过渡性段。这种半固态连铸机的仅次于优点是可靠性低,制浆室加热速度由制浆室材料、结构及冷却水系统来调节,因而设备非常简单,便于操作者。利用这台半固态连铸机已顺利构建了白口铁、高锰钢及弗碳钢的半固态连铸(铸坯闻图1),可以展开ф100mm以下的圆坯生产及近终状零件的必要成形。

图1半固态连铸坯实物照片2.3坯料质量利用现有的半固态连铸机扣除坯料的主要特点是显微镜的组织为细小的粒状晶,气体含量较低,宏观偏析较少,这种坯料在半固态温度下具备出色的成型性能。半固态连铸坯的表面质量与普通连铸坯非常。虽然没振动装置,但仍可看到类似于振痕的环状条纹。这种条纹的构成机理在文献[5]中展开了专门的辩论。

从图2右图的坯料显微镜的组织可见,其中的非枝晶粒状的组织形态并不是球形,而是外形不圆润的粒状晶,其尺寸一般为60m―120m。尽管其显微镜的组织并不象等温条件下获得的半固态坯那样圆整,但早已可以符合成型市场需求。

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3.问题及任务半固态连铸技术历史还很短,人们的了解也还不尽一致,有许多问题尚待深入研究。归纳起来,目前不存在的问题主要有如下四个:(1)对半固态连铸过程稳定性推崇过于,拉漏及拉断现象时有发生。(2)设施设施过于完备,工艺设计及过程控制缺少依据。

(3)坯料的组织及表面质量尚待提高。(4)生产率较低,目前只有500mm/min,近无法与现代连铸相提并论。


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