用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法与流程

1.本发明属于非晶合金制备领域，具体涉及一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法。

背景技术：

2.非晶合金，也称金属玻璃(metallic glass)或玻璃合金(glassy alloy)，是应用现代快速凝固冶金技术制备获得的一种新型的、特殊的、物质状态明显区别于晶态的合金材料。双辊铸轧技术是一种适用于非晶合金板带连续铸轧制备的有效制备技术。在使用已有的双辊法铸轧非晶合金板带时发现，当铸轧力较小时，难以完全冷却合金铸带，获得纯非晶合金；而当施以足够大的铸轧力时，在铸轧的起始和结束阶段，会造成结晶辊上应力的集中，损坏结晶辊辊面，严重减小结晶辊的使用寿命。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，该结晶辊可使用大的铸轧力连续、高效的铸轧非晶合金铸带，可以减少甚至避免大铸轧力下铸带对结晶辊的损伤，进而有效增加结晶辊的使用寿命。
4.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
5.一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，圆柱状结晶辊本体上沿圆周方向均匀开设有循环冷却水通道，结晶辊本体的两端边部侧面为支撑面，结晶辊本体的中部侧面为工作面，支撑面直径大于工作面直径，两个结晶辊本体通过工作面、支撑面相对设置，在工作面、支撑面之间形成辊缝。
6.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，结晶辊本体拥有中部和边部两个不同高度的工作面与支撑面，结晶辊本体中部表面为工作面，结晶辊边部为支撑面，确保两个结晶辊工作面之间始终处于拥有辊缝。
7.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，结晶辊适用于不起熔池液位的0.2～1mm的非晶合金板带的快速铸轧制备，非晶合金板带的材质为cu基、zr基、fe基或mg基非晶合金。
8.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，结晶辊本体采用导热性好、强度高的的铍铜质或钢质合金制备，其辊径为210mm～510mm。
9.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，结晶辊本体表面分为中间的工作面和两侧的支撑面，支撑面高于工作面，其最佳高出的高度h＝(t-0.2)/2mm，t为铸带厚度。
10.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，工作面的粗糙度为2≤ra≤15μm，支撑面的粗糙度为ra≤15μm。
11.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，在设计结晶辊辊型时，其铸轧过程中需控制合金浇注速度，使合金熔体不得蔓延至支撑辊面，铸轧过程预
先予以铸轧力，使合金熔体浇入之前支撑面受力，工作面不接触，合金熔体浇入后铸轧力作用于合金铸带，从而予以合金足够的铸轧力使合金带快速冷却。
12.所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，结晶辊本体上的循环冷却水通道进水温度控制在5～30℃，通过控制水流量，使水升温区间小于5℃。
13.本发明的设计思想是：
14.非晶合金强度极高，因此其铸轧制备过程始终伴随着极大的铸轧力，这使其生产的起始阶段容易因合金过少而硌坏铸辊，减少铸辊寿命。由于设备本身拥有一定的弹性，大铸轧力下通过常规方法移动铸辊控制辊缝并不能很好的保护铸辊，因此需要铸辊工作面之间拥有一定的刚性距离。由于非晶合金的制备过程中布流嘴直接将合金熔体注入铸辊辊缝，铸辊两侧表面并不需要参与合金的冷却与轧制。因此，可以通过增加铸辊两侧的支撑面，使铸辊工作面始终拥有一定的刚性辊缝，从而避免在大铸轧力下因合金过少、应力集中而造成的铸辊表面的损坏。
15.本发明的优点及有益效果是：
16.1、使用该方法设计的结晶辊时，铸轧过程可预先予以高的铸轧力，合金浇入之前支撑面受力，工作面不接触，合金浇入后铸轧力主要作用于合金铸带，从而予以合金足够的铸轧力使合金带快速冷却。
17.2、本发明可以有效避免在开始浇铸与结束结束浇铸阶段时，大铸轧力铸轧少量合金造成的局部受力集中从而损伤辊面的情况发生，从而有效提高结晶辊的使用寿命
18.3、本发明予以工作面一定的粗糙度，增加结晶辊本体与铸带的摩擦力与接触面，使铸带均匀的快速冷却。
附图说明
19.图1-图2是应用本发明制备的结晶辊的结构示意图。其中，图1为主视剖面图，图2为俯视图。图中：1结晶辊本体，2循环冷却水通道，3支撑面，4工作面，10辊缝。
20.图3为非晶合金的双辊铸轧过程的工艺图。图中：5坩埚，6合金熔体，7布流嘴，8结晶辊，9铸带。
具体实施方式
21.如图1-图2所示，本发明设计的一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊，主要包括：结晶辊本体1、循环冷却水通道2、支撑面3、工作面4，圆柱状结晶辊本体1上沿圆周方向均匀开设有循环冷却水通道2，结晶辊本体1的中部表面为工作面4，结晶辊本体1的两端边部表面为支撑面3，支撑面3直径大于工作面4直径，两个结晶辊本体1通过工作面4、支撑面3相对设置，在工作面4、支撑面3之间形成辊缝10。
22.在结晶辊设计过程中，使结晶辊本体1拥有中部和边部两个不同高度的工作面4与支撑面3，结晶辊本体1中部表面为工作面4，结晶辊本体1边部为支撑面3，用于确保两个结晶辊本体1的工作面4之间始终处于拥有一定的辊缝10，减少两辊面接触对辊面质量的损伤。同时予以工作面4一定的粗糙度，增加结晶辊本体1与铸带9的摩擦力与接触面，使铸带均匀的快速冷却，适用于不起熔池液位的厚度为0.2～1mm的非晶合金板带的快速铸轧制备。
23.结晶辊本体1采用导热性好、强度高的的铍铜质或钢质合金制备，结晶辊本体1辊径为210mm～510mm(即工作面4直径)。结晶辊本体1表面分为中间的工作面4和两侧的支撑面3，支撑面3高于工作面4，其最佳高出的高度h＝(t-0.2)/2mm，t为铸带厚度。工作面4的粗糙度为2≤ra≤15μm，一定的粗糙度有利于增加合金铸带与结晶辊本体1之间的摩擦力与导热速度。支撑面的粗糙度为ra≤15μm。
24.在使用该方法设计的结晶辊时，其铸轧过程中需控制合金浇注速度，使合金熔体不得蔓延至支撑辊面。且使用该方法设计的结晶辊时，铸轧过程可预先予以高的铸轧力，合金浇入之前支撑面受力，工作面不接触，合金浇入后铸轧力主要作用于合金铸带，从而予以合金足够的铸轧力使合金带快速冷却。使用该方法设计的结晶辊时，两个结晶辊工作面之间始终处于拥有一定的辊缝，这样可以有效避免在开始浇铸与结束结束浇铸阶段时，大铸轧力铸轧少量合金造成的局部受力集中从而损伤辊面的情况发生，从而有效提高结晶辊的使用寿命。
25.如图3所示，两个结晶辊本体1的轴线在同一水平面上，坩埚5底部设置布流嘴7并通过出口与布流嘴7相连通，布流嘴7下端置于两个相对反向旋转的结晶辊8之间辊缝10中。在非晶合金薄带铸轧过程中，合金原料在坩埚5内熔化为合金熔体6，然后经布流嘴7注入结晶辊8的辊缝10，经铸轧冷却成形为非晶合金铸带9。整个铸轧过程在高纯氩气保护下完成。
26.实施例结果表明，本发明设计的结晶辊适用于不起熔池液位的非晶合金板带的快速铸轧制备。该结晶辊本体辊面两侧边部设有高于辊面中部的支撑面，使结晶辊本体工作面在巨大压力下都不会相互接触，以防损伤辊面。结晶辊本体表面工作区域给予一定的粗糙度，加大铸轧过程中铸带与结晶辊本体的摩擦力，防止结晶辊本体与铸带之间发生滑动。

技术特征：

1.一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，圆柱状结晶辊本体上沿圆周方向均匀开设有循环冷却水通道，结晶辊本体的两端边部侧面为支撑面，结晶辊本体的中部侧面为工作面，支撑面直径大于工作面直径，两个结晶辊本体通过工作面、支撑面相对设置，在工作面、支撑面之间形成辊缝。2.按照权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，结晶辊本体拥有中部和边部两个不同高度的工作面与支撑面，结晶辊本体中部表面为工作面，结晶辊边部为支撑面，确保两个结晶辊工作面之间始终处于拥有辊缝。3.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，结晶辊适用于不起熔池液位的0.2～1mm的非晶合金板带的快速铸轧制备，非晶合金板带的材质为cu基、zr基、fe基或mg基非晶合金。4.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，结晶辊本体采用导热性好、强度高的的铍铜质或钢质合金制备，其辊径为210mm～510mm。5.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，结晶辊本体表面分为中间的工作面和两侧的支撑面，支撑面高于工作面，其最佳高出的高度h＝(t-0.2)/2mm，t为铸带厚度。6.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，工作面的粗糙度为2≤ra≤15μm，支撑面的粗糙度为ra≤15μm。7.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，在设计结晶辊辊型时，其铸轧过程中需控制合金浇注速度，使合金熔体不得蔓延至支撑辊面，铸轧过程预先予以铸轧力，使合金熔体浇入之前支撑面受力，工作面不接触，合金熔体浇入后铸轧力作用于合金铸带，从而予以合金足够的铸轧力使合金带快速冷却。8.根据权利要求1所述的用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法，其特征在于，结晶辊本体上的循环冷却水通道进水温度控制在5～30℃，通过控制水流量，使水升温区间小于5℃。

技术总结

本发明属于非晶合金制备领域，具体涉及一种用于双辊铸轧非晶合金板带的高寿命结晶辊辊型设计方法。结晶辊本体拥有中部和边部两个不同高度的工作面与支撑面，结晶辊本体中部表面为工作面，结晶辊边部为支撑面，确保两个结晶辊工作面之间始终处于拥有辊缝。该结晶辊本体辊面两侧边部的工作面高于辊面中部的支撑面，使结晶辊本体工作面在巨大压力下都不会相互接触，以防损伤辊面。结晶辊本体表面工作区域给予一定的粗糙度，加大铸轧过程中铸带与结晶辊本体的摩擦力，防止结晶辊本体与铸带之间发生滑动。该结晶辊可使用大的铸轧力连续、高效的铸轧非晶合金铸带，可以减少甚至避免大铸轧力下铸带对结晶辊的损伤，进而有效增加结晶辊的使用寿命。辊的使用寿命。