连续定向凝固技术的研究进展(2)

222

１３］

方法———回转带材连铸法［１２～和开放水平带材连铸

展时主要以本课题组最近几年的研究状况为主，最后对连续定向凝固进行了探讨，提出了一些观点，以期为研究工作者提供一定的借鉴作用。

法（ＯＳＣ连铸法），可以制备定向凝固组织和单晶带材。采用回转带材连铸法成功制造了宽１００ｍｍ、厚由于该设备需要加热铸型面积３ｍｍ的单晶Ｚｎ板材。

很大，且凝固后的板材与铸型的分离需要一个模型块，操作与控制较困难，故又改进为开放水平带材连铸法，成功地制造了宽５０ｍｍ，厚２ｍｍ的铝带材。

在不断完善和改进连续定向凝固设备的同时，对连续定向凝固工艺特性方面也作了大量的研究工作。

加拿大与韩国等国家主要工作集中在定向晶体生长过程的数值模拟方面，目前对各参数的交互作用机理及控制的研究尚未见报道。Ｓｏｄａ．Ｈ和ＭｃＬｅａｎ．

２２．１

连续定向凝固技术研究进展国外研究状况

最初的ＯＣＣ技术采用简单的下引方式见图２

（ａ），仅拉出长度５０ｍｍ左右形状不规整的镜面铸锭，直到１９８０年，才开发出三种方法，即下引法、上引法和水平法见图２（ｂ）～（ｄ）［７］。下引法排气排渣容易，冷却措施也容易实现，只要控制下引法的合金液不发生泄漏，这种方法所得的铸坯质量是最好的；将供液管设计成虹吸管式见图２（ｂ），可解决拉漏问题，但虹吸式方法的设备的制作及操作非常困难，所以没能发展起来；上引法见图２（ｃ）不会产生拉漏现象，有利于成形，但排气、排渣与冷却水的密封困难，此法在实际实验中仍有采用；水平法见图２（ｄ）的优点介于前二者之间，其设备简单，容易实现连续单向凝固，但是凝固时排气排渣较困难，它适于生产细线、棒材、直径较小的管材及薄壁板类型材，该法是目前应用最多、最为成功的技术，日本和加拿大铸造界大部分是在水平连续定向凝固设备上开展ＯＣＣ的研

１１］

。究［８～

Ａ［１４］推导出了单晶生长的传热系数，建立了单晶生长

的模型；Ｙ．Ｈ．Ｗａｎｇ和Ｙ．Ｊ．Ｋｉｍ等人测定了熔体和结晶体中心的温度曲线，并通过采用传热方程和流函数的方法建立了晶体生长的计算模型，初步模拟了

ＯＣＣ法的凝固过程；Ｊ．Ｃ．Ｌｉｕ，Ｊ．Ｄ．Ｈｗａｎｇ、Ｋ．Ｌ．Ｓｕ和

ＬｃｅＹ－Ｊ等人也做了类似的工作［１５］。

在早期的连续定向凝固技术的研究中，一般选用低熔点的非铁纯金属或共晶合金作为实验研究材料，如Ｓｎ及Ｓｎ合金，Ｚｎ及Ｚｎ合金，Ｂｉ及Ｂｉ合金等

［１６～１７］

，其特点是设备制造难度小、工艺参数易于控制

随后的研究逐步选用具有

加热体

在水平法的基础上又发展了两种带材水平连铸

金属熔体

加热结晶器加热体冷却水

和实现，主要为探索ＯＣＣ法的工艺特性积累数据；

较强应用价值、中等熔点的Ａｌ及Ａｌ合金、Ａｕ以及

加热结晶器铸锭冷却器

具有较宽凝固区间的合金

１９］

作为研究对象［１８～，并成功

地制备出Ｓｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ａｌ及

铸锭

（ａ）简单下引式

金属熔体

（ｂ）虹吸管下引式

Ｓｎ－Ｐｂ、Ｓｎ－Ｚｎ，Ａ１－Ｃｕ等

具有单向排列柱状晶组织的合金材料以及单晶型材

［２０～２１］

铸锭冷却器

加热体

加热体金属熔体

拉坯辊

。自ＯＣＣ技术发明以

来，世界各国的研究主要集中在铅、锌、铝、铜等金属合金的成型及应用方面。

ＯＣＣ技术的发展虽

金属熔体

加热结晶器

导向模

然只有三十来年的时间，但发展速度很快，在日本已经投入小批量的工业生产。在加拿大、美国和韩国等国家也都开展了这一技术的开发与应用研究。近

加热结晶器

（ｃ）上引式

（ｄ）水平引锭式

图２几种ＯＣＣ连铸方法的基本原理

中国铸造装备与技术４

／２００８

９