材料加工新技術與新工藝22課件

§2.4帶材快速凝固成形1.單輥法

單輥法(singleroller）又稱為熔體甩出法(meltspinning)，它是采用高速旋轉的激冷圓輥將合金熔液流鋪展成液膜并在激冷作用下實現(xiàn)快速凝固的方法。根據(jù)熔融合金熔液引入方式的不同，可分為自由噴射甩出法(free-jetmeltspinning或FJMS法)和平流鑄造法(planarflowcasting或PFC法)，其原理如圖2-8所示。

第2章快速凝固

-2§2.4帶材快速凝固成形1.單輥法第2章快速凝固-21圖2-8單輥法快速凝固原理圖

(a)自由噴射甩出(FJMS)法；(b)平流鑄造(PFC)法1－激冷輥；2－感應加熱器；3－排氣閥；4－壓力表；5－帶材；6－噴嘴；7－合金液；8－激冷基底(單輥表面)圖2-8單輥法快速凝固原理圖2單輥法線速度為10～60m／s(其中以20～30m／s居多)，冷卻速度為l04～107K／s，制得薄帶的厚度為10～100m。單輥法的液膜形成過程可分為熱傳輸控制和動量傳輸控制兩種類型，它是根據(jù)合金熔池中熱傳輸和動量傳輸?shù)南鄬χ匾远x的。如果合金帶從熔池中拉出時已經(jīng)發(fā)生凝固，凝固層的厚度決定著帶材的厚度，則認為該過程是由熱傳輸控制的。相反，如果合金帶從熔池中拉出時仍為液相，液膜的拉出過程及厚度由熔池中合金熔液的動量傳輸過程控制，則認為該過程是由動量傳輸控制的。單輥法線速度為10～60m／s(其中以20～303旋轉單輥上的任意一點一旦與合金溶液接觸即在其表面發(fā)生凝固，凝固層逐漸增厚，在其脫離熔池時凝固層的厚度已經(jīng)達到一定值ym，此時固液分離，ym即為最終獲得的帶材厚度。設熔池與單輥接觸的長度為xd，則液膜凝固過程的熱平衡條件為圖2-9單輥法帶材成形過程的抽象模型l－固液界面；2－同相；3－帶材；4－液相；5－噴嘴；6－熔池；7－坩堝：8－單輥表面

熱傳輸過程控制的單輥法帶材成形過程的抽象模型如圖2-9所示。旋轉單輥上的任意一點一旦與合金溶液接觸即在其表面4當快速凝固形成非晶合金時，△h

（結晶潛熱）=0。凝固時間可由xd／r求得。帶材厚度計算式為

的確定是解決該計算問題的關鍵，它通常是通過大量的實驗獲得的。熔區(qū)寬度、單輥速度、合金熔液過熱度、界面張力等都對的取值具有重要的影響。

——單輥與合金熔液的界面熱導率；Tm——合金熔液溫度；△Tm——合金熔液過熱度；

Tr——單輥表面溫度；

——旋轉角速度；r——單輥的半徑；c——合金質量熱容；

當快速凝固形成非晶合金時，△h（結晶潛熱）=05

動量傳輸過程控制的單輥表面液膜帶材形成過程如圖2-10所示。由于單輥直徑相對于液膜的厚度非常大，可以忽略單輥表面的曲率，而將其視為平面運動，單輥將其運動的動量傳遞到合金熔液中形成流動邊界層。圖2-10單輥表面液膜形成過程圖1－單輥表面；2－自由表面；3－熔池；4－流速u為1％的邊界動量傳輸過程控制的單輥表面液膜帶材形成過程如圖26將流速達到單輥表面運動速度u為1％的邊界定義為層流邊界。與熔池后緣的交點定義為液膜與熔池的分離點。液膜形成后，其上部的合金熔液流速仍然很低，仍在不斷被加速，同時液膜被拉薄。用u表示液膜的水平速度，則根據(jù)流體力學的連續(xù)方程導出

式中

y——液膜厚度。

將流速達到單輥表面運動速度u為1％的邊界定義為層7當動量傳輸控制的單輥表面液膜的水平速度達到與單輥的表面速度同步時，液膜的厚度固定下來不再變化。從而根據(jù)液膜凝固過程的熱平衡條件及液膜與熔池分離時的速度分布，可以算出液膜的厚度。在實際工藝過程中，需要不斷向熔池中補充合金熔液，除了液相的水平運動外存在著液相在y方向的流動，是一個二維流動問題，如圖2-11所示。圖2-11冷卻輥表面液膜中的二維模型

—合金熔液流速與基板(單輥)速度比當動量傳輸控制的單輥表面液膜的水平速度達到與單輥8

單輥法中當薄帶寬度小于5mm時采用圓孔噴嘴，更寬時采用狹縫噴嘴。Heinemann采用多噴嘴制備了寬300mm左右的薄帶，如圖2-12所示。圖2-12單輥法制備寬帶1－單輥；2－熔液保持器；3－噴嘴；4－控溫加熱器；5－保溫爐；6－壓力控制器；7電源；8－薄帶；9－空氣鏟單輥法中當薄帶寬度小于5mm時采用圓孔噴嘴，9圖2-13為在單輥法基礎上發(fā)展起來的單輥法復合帶材快速凝固技術，它是將熔融的合金液2噴在單輥表面發(fā)生快速凝固形成非晶態(tài)或結晶態(tài)的帶材，在該帶材與單輥分離之前，再將熔融的合金液5噴在合金液2上快速凝固，從而獲得快速凝固復合帶材。圖2-13單輥法制備復合帶材1－單輥；2、5－合金液；3、4－坩堝；6－感應加熱器；7－復合薄帶圖2-13為在單輥法基礎上發(fā)展起來的單輥法復合帶10

單輥法快速凝固過程的原理非常簡單，其傳熱過程也不復雜，但在實施中存在一些較難解決的技術問題，主要是：

①單輥需要以2000～10000r／min的高速度旋轉，同時要保證單輥的轉速均勻性很高，徑向跳動非常小，以控制薄膜的均勻性；②為了防止合金熔液的氧化，整個快速凝固過程要在真空或保護性氣氛下進行；③為了獲得較寬并且均勻的非晶合金帶材，液流必須在單輥上均勻成膜，液流出口的設計及流速的控制精度要求極高。單輥法快速凝固過程的原理非常簡單，其傳熱過程也不11圖2-14為美國AlliedSignal公司采用單輥法生產(chǎn)非晶合金帶材的示意圖。圖2-14非晶合金帶材生產(chǎn)線示意圖圖2-14為美國AlliedSignal公司采12采用單輥法技術，我國的國家非晶微晶合金工程技術研究中心(鋼鐵研究總院)等單位可生產(chǎn)寬度在220mm以下不同規(guī)格的鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶帶材和鐵基納米晶帶材，這些產(chǎn)品具有優(yōu)異的軟磁性能，是硅鋼片、坡莫合金以及鐵氧體的換代產(chǎn)品。圖2-15比較了各類軟磁材料的磁感應強度和磁導率。

圖2-15各類軟磁材料的磁感應強度和磁導率采用單輥法技術，我國的國家非晶微晶合金工程技術研13表2-4非晶、納米晶軟磁合金帶材的主要性能及應用領域表2-4非晶、納米晶軟磁合金帶材的主要性能及應用領域142.雙輥法

雙輥快速凝固法的基本原理如圖2-16所示。是將熔融合金熔液噴射到兩個反向高速旋轉的軋輥之間形成薄帶，并實現(xiàn)快速凝固。雙輥法實際上是19世紀就已經(jīng)提出來的鋼坯連鑄技術的發(fā)展，但長期未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。圖2-16雙輥法快速凝固原理圖l－帶材；2－合金液流；3－加熱器；4－坩堝；5－噴嘴；6－雙輥2.雙輥法圖2-16雙輥法快速凝固原理圖15雙輥法是一種比單輥法更直觀的從合金熔液鑄造薄帶材料的技術。其主要優(yōu)點是雙面冷卻，因此，所獲得的帶材兩面的表面質量相同并且均勻。理論上，雙輥法的冷卻能力應大于單輥法，但實驗結果并非如此。在雙輥法快速凝固過程中，合金熔液與冷卻輥的接觸時間通常遠遠小于單輥法，因為雙輥法中冷卻接觸弧非常短，這是雙輥法冷卻能力減小的主要原因?？焖倮鋮s能力由冷卻速度與有效冷卻時間確定，即使雙輥時的冷卻速度與單輥相同，甚至可能比單輥時高，但由于接觸時間(即有效冷卻時間)遠小于單輥時的情形，故其冷卻能力下降。雙輥法是一種比單輥法更直觀的從合金熔液鑄造薄帶材16雙輥法與單輥法的工藝基礎是明顯不同的。單輥法是利用液相流動邊界層的熱傳輸和動量傳輸過程控制的，而雙輥法則是利用兩個激冷輥的軋制作用控制的。雙輥法快速凝固過程中，合金熔液應在兩個冷卻輥之間的很小范圍內完成凝固過程，否則合金熔液將破碎并球化而不能獲得帶材，因此溫度和冷卻條件的控制顯得更為重要。一般情況下，雙輥法線速度小于12m/s，冷卻速度為104～l07K/s。雙輥法與單輥法的工藝基礎是明顯不同的。單輥法是利17雙輥法也存在著類似于單輥法的各種工藝問題，其工藝過程控制的難度甚至更大。除此之外，雙輥法工藝過程中兩個冷卻輥的平行度對帶材質量的影響很大。如圖2-17所示，冷卻輥之間任何形狀變化都將反映在最終的產(chǎn)品上。圖2-17雙輥狀態(tài)對薄帶質量的影響

(a)平行；(b)傾斜；(c)凸面；(d)凹面雙輥法也存在著類似于單輥法的各種工藝問題，其工藝18

雙輥法制備帶材快速凝固過程中的凝固模型，如圖2-18所示。

合金熔液在與冷卻輥的接觸點a處開始凝固，而當其通過兩個輥之間的最小間隙后逐漸與軋輥分離，冷卻輥的激冷作用逐漸失去。因此，合金熔液的凝固在角的范圍內進行。設雙輥旋轉角速度為，則合金熔液在雙輥之間快速凝固的時間為

圖2-18雙輥法凝固模型雙輥法制備帶材快速凝固過程中的凝固模型，如圖2-19如果合金熔液在冷卻輥之間正好完成凝固過程，如圖2-18中的第二種情況所示，則是理想的凝固過程。如果合金熔液在冷卻輥之間的凝固過程進行得不完全，在離開冷卻輥之后冷卻速度將減小，薄帶可能在相當長的時間內心部維持為液相，如圖2-18中的第三種情況所示，使材質下降。如果凝固過程過早完成，則失去一部分雙輥的冷卻作用，在冷卻輥之間的最小距離處發(fā)生固態(tài)變形，如圖2-18中的第一種情況所示。

如果合金熔液在冷卻輥之間正好完成凝固過程，如圖220圖2-19為以雙輥法為基礎的復合帶材快速凝固制備技術原理圖。將預制的一種帶材沿其中一個冷卻輥導入雙輥之間，同時將另外一種合金熔液澆入雙輥之間快速凝固，并貼著另外一個冷卻輥拉出形，成復合層。該方法用于制備復合帶材時，由于復合層是貼著冷卻輥之一被拉出的，與冷卻輥有較長的接觸時間，從而可獲得更大的冷卻速度。圖2-19雙輥法制備復合薄帶

l、2－冷卻輥；3－基帶；4—噴嘴；5－合金溶液圖2-19為以雙輥法為基礎的復合帶材快速凝固制備21由于以上技術問題，目前雙輥法未能像單輥法那樣，用于制備數(shù)十到100m的非晶或細晶帶材，而傾向于用來制備毫米級甚至更厚的帶材。此時，需要在冷卻輥兩端設置側封，采用注人式水口(連鑄工藝中的成熟技術)在雙輥間形成熔池。顯然，為保證凝固過程的完成，要大幅度降低雙輥轉速，冷卻速度也隨之降低。此工藝亦稱薄帶坯鑄軋法，其思路在一百多年以前就被提出，在技術進步、追求快速凝固效果和近終形成形的現(xiàn)在，其應用受到越來越廣泛的重視。由于以上技術問題，目前雙輥法未能像單輥法那樣，用22

薄帶坯鑄軋原理如圖2-20所示，有關具體內容可參考第5章。圖2-20薄帶坯鑄軋原理圖薄帶坯鑄軋原理如圖2-20所示，有關具體內容可參考233.溢流法溢流法快速凝固的基本原理如圖2-21所示。它是利用特制的坩堝與激冷單輥的配合，使合金熔液從坩堝的特定形狀的邊沿溢出，并由高速旋轉的單輥拉成薄膜，獲得快速凝固帶材。3.溢流法24可以看出，該方法實際上是單輥法快速凝固技術的一種改進。與單輥法相比，該方法具有以下特點：(1)采用坩堝邊沿溢出的方式取代噴嘴的噴射方式，因而不存在噴射產(chǎn)生的紊流，合金熔液的流動更加平穩(wěn)，有利于獲得均勻的帶材；(2)可采用溶劑對合金熔液進行表面保護，因此可在非真空并無保護氣氛的條件下進行易氧化材料薄帶的快速凝固。由于上述特點，溢流法已被成功地用于鈦合金薄帶的快速凝固制備過程，并已開發(fā)出工程化的生產(chǎn)設備，其合金的熔化分別采用了感應加熱和電渣熔化技術。可以看出，該方法實際上是單輥法快速凝固技術的一種25溢流法可以進一步改進為如圖2-22所示的結構，從而具有更好的防氧化與擋渣作用。根據(jù)溢流法快速凝固技術的原理圖可知，溢流法快速凝固過程的薄帶形成原理與單輥法相同，可以用相同的模型進行帶厚的估算。該過程的主要控制條件是液面高度，單輥的冷速及各種溫度參數(shù)。而關鍵技術則是坩堝溢流緣的結構及其與單輥之間間隙的設計及尺寸精度的控制。溢流法可以進一步改進為如圖2-22所示的結構，從26圖2-23為以溢流法為基礎的復合帶材快速凝固過程原理圖。它采用了兩個溢流坩堝，利用同一個冷卻輥將兩種不同的合金熔液連續(xù)激冷，獲得快速凝固復合帶材。圖2-23溢流法制備復合帶材

1－復合層；2－基帶；3－激冷輥；4－合金液l；5－合金液2；6－冷卻長度圖2-23為以溢流法為基礎的復合帶材快速凝固過程274.甩出法甩出法薄帶快速凝固過程的基本原理及主要參數(shù)，如圖2-24所示。它是利用高速旋轉的飛輪直接與坩堝中的合金熔液接觸，合金熔液在短時間中“粘”在飛輪上被高速拋出，形成薄膜材料。

圖2-24甩出法快速凝固原理圖(a)vc=104K/s，(b)vc=106K/s4.甩出法圖2-24甩出法快速凝固原理圖28與單輥法相比，甩出法快速凝固技術不需要合金熔液導出口，熔煉工藝簡單，不存在噴嘴被堵住及液流不穩(wěn)定的缺點。通過在飛輪上開口可以獲得非連續(xù)的材料。調整飛輪的速度和帶材的長寬比，可以獲得帶材、碎片、線材及短纖維。甩出法快速凝固過程中的控制參數(shù)主要是飛輪的浸入深度和旋轉速度。前者決定著合金熔液與飛輪的接觸長度。接觸長度越大，合金熔液凝固時間就越長，其產(chǎn)品的厚度就越大。Mitin等獲得的帶材厚度與旋轉角速度及接觸長度l之間的關系為與單輥法相比，甩出法快速凝固技術不需要合金熔液導29為了獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品，需要對甩出法在飛輪與合金熔液接觸處的流動雷諾數(shù)Re進行控制，Re定義為

當Re=1×105時，液流開始失穩(wěn)。當Re>3×105時，則形成紊流。因此，飛輪旋轉速度的選擇應使Re滿足1×105<Re<3×105?！辖鹑垡旱倪\動黏度為了獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品，需要對甩出法在飛輪與合金熔液30§2.4帶材快速凝固成形1.單輥法

單輥法(singleroller）又稱為熔體甩出法(meltspinning)，它是采用高速旋轉的激冷圓輥將合金熔液流鋪展成液膜并在激冷作用下實現(xiàn)快速凝固的方法。根據(jù)熔融合金熔液引入方式的不同，可分為自由噴射甩出法(free-jetmeltspinning或FJMS法)和平流鑄造法(planarflowcasting或PFC法)，其原理如圖2-8所示。

第2章快速凝固

-2§2.4帶材快速凝固成形1.單輥法第2章快速凝固-231圖2-8單輥法快速凝固原理圖

(a)自由噴射甩出(FJMS)法；(b)平流鑄造(PFC)法1－激冷輥；2－感應加熱器；3－排氣閥；4－壓力表；5－帶材；6－噴嘴；7－合金液；8－激冷基底(單輥表面)圖2-8單輥法快速凝固原理圖32單輥法線速度為10～60m／s(其中以20～30m／s居多)，冷卻速度為l04～107K／s，制得薄帶的厚度為10～100m。單輥法的液膜形成過程可分為熱傳輸控制和動量傳輸控制兩種類型，它是根據(jù)合金熔池中熱傳輸和動量傳輸?shù)南鄬χ匾远x的。如果合金帶從熔池中拉出時已經(jīng)發(fā)生凝固，凝固層的厚度決定著帶材的厚度，則認為該過程是由熱傳輸控制的。相反，如果合金帶從熔池中拉出時仍為液相，液膜的拉出過程及厚度由熔池中合金熔液的動量傳輸過程控制，則認為該過程是由動量傳輸控制的。單輥法線速度為10～60m／s(其中以20～3033旋轉單輥上的任意一點一旦與合金溶液接觸即在其表面發(fā)生凝固，凝固層逐漸增厚，在其脫離熔池時凝固層的厚度已經(jīng)達到一定值ym，此時固液分離，ym即為最終獲得的帶材厚度。設熔池與單輥接觸的長度為xd，則液膜凝固過程的熱平衡條件為圖2-9單輥法帶材成形過程的抽象模型l－固液界面；2－同相；3－帶材；4－液相；5－噴嘴；6－熔池；7－坩堝：8－單輥表面

熱傳輸過程控制的單輥法帶材成形過程的抽象模型如圖2-9所示。旋轉單輥上的任意一點一旦與合金溶液接觸即在其表面34當快速凝固形成非晶合金時，△h

（結晶潛熱）=0。凝固時間可由xd／r求得。帶材厚度計算式為

的確定是解決該計算問題的關鍵，它通常是通過大量的實驗獲得的。熔區(qū)寬度、單輥速度、合金熔液過熱度、界面張力等都對的取值具有重要的影響。

——單輥與合金熔液的界面熱導率；Tm——合金熔液溫度；△Tm——合金熔液過熱度；

Tr——單輥表面溫度；

——旋轉角速度；r——單輥的半徑；c——合金質量熱容；

當快速凝固形成非晶合金時，△h（結晶潛熱）=035

動量傳輸過程控制的單輥表面液膜帶材形成過程如圖2-10所示。由于單輥直徑相對于液膜的厚度非常大，可以忽略單輥表面的曲率，而將其視為平面運動，單輥將其運動的動量傳遞到合金熔液中形成流動邊界層。圖2-10單輥表面液膜形成過程圖1－單輥表面；2－自由表面；3－熔池；4－流速u為1％的邊界動量傳輸過程控制的單輥表面液膜帶材形成過程如圖236將流速達到單輥表面運動速度u為1％的邊界定義為層流邊界。與熔池后緣的交點定義為液膜與熔池的分離點。液膜形成后，其上部的合金熔液流速仍然很低，仍在不斷被加速，同時液膜被拉薄。用u表示液膜的水平速度，則根據(jù)流體力學的連續(xù)方程導出

式中

y——液膜厚度。

將流速達到單輥表面運動速度u為1％的邊界定義為層37當動量傳輸控制的單輥表面液膜的水平速度達到與單輥的表面速度同步時，液膜的厚度固定下來不再變化。從而根據(jù)液膜凝固過程的熱平衡條件及液膜與熔池分離時的速度分布，可以算出液膜的厚度。在實際工藝過程中，需要不斷向熔池中補充合金熔液，除了液相的水平運動外存在著液相在y方向的流動，是一個二維流動問題，如圖2-11所示。圖2-11冷卻輥表面液膜中的二維模型

—合金熔液流速與基板(單輥)速度比當動量傳輸控制的單輥表面液膜的水平速度達到與單輥38

單輥法中當薄帶寬度小于5mm時采用圓孔噴嘴，更寬時采用狹縫噴嘴。Heinemann采用多噴嘴制備了寬300mm左右的薄帶，如圖2-12所示。圖2-12單輥法制備寬帶1－單輥；2－熔液保持器；3－噴嘴；4－控溫加熱器；5－保溫爐；6－壓力控制器；7電源；8－薄帶；9－空氣鏟單輥法中當薄帶寬度小于5mm時采用圓孔噴嘴，39圖2-13為在單輥法基礎上發(fā)展起來的單輥法復合帶材快速凝固技術，它是將熔融的合金液2噴在單輥表面發(fā)生快速凝固形成非晶態(tài)或結晶態(tài)的帶材，在該帶材與單輥分離之前，再將熔融的合金液5噴在合金液2上快速凝固，從而獲得快速凝固復合帶材。圖2-13單輥法制備復合帶材1－單輥；2、5－合金液；3、4－坩堝；6－感應加熱器；7－復合薄帶圖2-13為在單輥法基礎上發(fā)展起來的單輥法復合帶40

單輥法快速凝固過程的原理非常簡單，其傳熱過程也不復雜，但在實施中存在一些較難解決的技術問題，主要是：

①單輥需要以2000～10000r／min的高速度旋轉，同時要保證單輥的轉速均勻性很高，徑向跳動非常小，以控制薄膜的均勻性；②為了防止合金熔液的氧化，整個快速凝固過程要在真空或保護性氣氛下進行；③為了獲得較寬并且均勻的非晶合金帶材，液流必須在單輥上均勻成膜，液流出口的設計及流速的控制精度要求極高。單輥法快速凝固過程的原理非常簡單，其傳熱過程也不41圖2-14為美國AlliedSignal公司采用單輥法生產(chǎn)非晶合金帶材的示意圖。圖2-14非晶合金帶材生產(chǎn)線示意圖圖2-14為美國AlliedSignal公司采42采用單輥法技術，我國的國家非晶微晶合金工程技術研究中心(鋼鐵研究總院)等單位可生產(chǎn)寬度在220mm以下不同規(guī)格的鐵基、鐵鎳基、鈷基非晶帶材和鐵基納米晶帶材，這些產(chǎn)品具有優(yōu)異的軟磁性能，是硅鋼片、坡莫合金以及鐵氧體的換代產(chǎn)品。圖2-15比較了各類軟磁材料的磁感應強度和磁導率。

圖2-15各類軟磁材料的磁感應強度和磁導率采用單輥法技術，我國的國家非晶微晶合金工程技術研43表2-4非晶、納米晶軟磁合金帶材的主要性能及應用領域表2-4非晶、納米晶軟磁合金帶材的主要性能及應用領域442.雙輥法

雙輥快速凝固法的基本原理如圖2-16所示。是將熔融合金熔液噴射到兩個反向高速旋轉的軋輥之間形成薄帶，并實現(xiàn)快速凝固。雙輥法實際上是19世紀就已經(jīng)提出來的鋼坯連鑄技術的發(fā)展，但長期未能實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。圖2-16雙輥法快速凝固原理圖l－帶材；2－合金液流；3－加熱器；4－坩堝；5－噴嘴；6－雙輥2.雙輥法圖2-16雙輥法快速凝固原理圖45雙輥法是一種比單輥法更直觀的從合金熔液鑄造薄帶材料的技術。其主要優(yōu)點是雙面冷卻，因此，所獲得的帶材兩面的表面質量相同并且均勻。理論上，雙輥法的冷卻能力應大于單輥法，但實驗結果并非如此。在雙輥法快速凝固過程中，合金熔液與冷卻輥的接觸時間通常遠遠小于單輥法，因為雙輥法中冷卻接觸弧非常短，這是雙輥法冷卻能力減小的主要原因?？焖倮鋮s能力由冷卻速度與有效冷卻時間確定，即使雙輥時的冷卻速度與單輥相同，甚至可能比單輥時高，但由于接觸時間(即有效冷卻時間)遠小于單輥時的情形，故其冷卻能力下降。雙輥法是一種比單輥法更直觀的從合金熔液鑄造薄帶材46雙輥法與單輥法的工藝基礎是明顯不同的。單輥法是利用液相流動邊界層的熱傳輸和動量傳輸過程控制的，而雙輥法則是利用兩個激冷輥的軋制作用控制的。雙輥法快速凝固過程中，合金熔液應在兩個冷卻輥之間的很小范圍內完成凝固過程，否則合金熔液將破碎并球化而不能獲得帶材，因此溫度和冷卻條件的控制顯得更為重要。一般情況下，雙輥法線速度小于12m/s，冷卻速度為104～l07K/s。雙輥法與單輥法的工藝基礎是明顯不同的。單輥法是利47雙輥法也存在著類似于單輥法的各種工藝問題，其工藝過程控制的難度甚至更大。除此之外，雙輥法工藝過程中兩個冷卻輥的平行度對帶材質量的影響很大。如圖2-17所示，冷卻輥之間任何形狀變化都將反映在最終的產(chǎn)品上。圖2-17雙輥狀態(tài)對薄帶質量的影響

(a)平行；(b)傾斜；(c)凸面；(d)凹面雙輥法也存在著類似于單輥法的各種工藝問題，其工藝48

雙輥法制備帶材快速凝固過程中的凝固模型，如圖2-18所示。

合金熔液在與冷卻輥的接觸點a處開始凝固，而當其通過兩個輥之間的最小間隙后逐漸與軋輥分離，冷卻輥的激冷作用逐漸失去。因此，合金熔液的凝固在角的范圍內進行。設雙輥旋轉角速度為，則合金熔液在雙輥之間快速凝固的時間為

圖2-18雙輥法凝固模型雙輥法制備帶材快速凝固過程中的凝固模型，如圖2-49如果合金熔液在冷卻輥之間正好完成凝固過程，如圖2-18中的第二種情況所示，則是理想的凝固過程。如果合金熔液在冷卻輥之間的凝固過程進行得不完全，在離開冷卻輥之后冷卻速度將減小，薄帶可能在相當長的時間內心部維持為液相，如圖2-18中的第三種情況所示，使材質下降。如果凝固過程過早完成，則失去一部分雙輥的冷卻作用，在冷卻輥之間的最小距離處發(fā)生固態(tài)變形，如圖2-18中的第一種情況所示。

如果合金熔液在冷卻輥之間正好完成凝固過程，如圖250圖2-19為以雙輥法為基礎的復合帶材快速凝固制備技術原理圖。將預制的一種帶材沿其中一個冷卻輥導入雙輥之間，同時將另外一種合金熔液澆入雙輥之間快速凝固，并貼著另外一個冷卻輥拉出形，成復合層。該方法用于制備復合帶材時，由于復合層是貼著冷卻輥之一被拉出的，與冷卻輥有較長的接觸時間，從而可獲得更大的冷卻速度。圖2-19雙輥法制備復合薄帶

l、2－冷卻輥；3－基帶；4—噴嘴；5－合金溶液圖2-19為以雙輥法為基礎的復合帶材快速凝固制備51由于以上技術問題，目前雙輥法未能像單輥法那樣，用于制備數(shù)十到100m的非晶或細晶帶材，而傾向于用來制備毫米級甚至更厚的帶材。此時，需要在冷卻輥兩端設置側封，采用注人式水口(連鑄工藝中的成熟技術)在雙輥間形成熔池。顯然，為保證凝固過程的完成，要大幅度降低雙輥轉速，冷卻速度也隨之降低。此工藝亦稱薄帶坯鑄軋法，其思路在一百多年以前就被提出，在技術進步、追求快速凝固效果和近終形成形的現(xiàn)在，其應用受到越來越廣泛的重視。由于以上技術問題，目前雙輥法未能像單輥法那樣，用52

薄帶坯鑄軋原理如圖2-20所示，有關具體內容可參考第5章。圖2-20薄帶坯鑄軋原理圖薄帶坯鑄軋原理如圖2-20所示，有關具體內容可參考533.溢流法溢流法快速凝固的基本原理如圖2-21所示。它是利用特制的坩堝與激冷單輥的配合，使合金熔液從坩堝的特定形狀的邊沿溢出，并由高速旋轉的單輥拉成薄膜，獲得快速凝固帶材。3.溢流法54可以看出，該方法實際上是單輥法快速凝固技術的一種改進。與單輥法相比，該方法具有以下特點：(1)采用坩堝邊沿溢出的方式取代噴