高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法.pdf

本发明涉及高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，先将工业纯铝锭在感应炉内熔炼，熔化后熔体温度控制在700～730℃加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将温度升高至710～750℃，加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌熔体转至保温静置炉，进行精炼和打渣处理，在铸造开始前向炉内加入Al-5Ti-B线杆进行熔体细化处理；在半连续铸造过程中采用连续油气润滑结晶器，铸造过程中结晶器压缩空气压力为0.1-0.4MPa，润滑油压力为0.2-0.8MPa，压缩空气与润滑油混合并在结晶器内壁形成油-气垫膜；铸造初始阶段，铸造速度在10-30mm/min，冷却水压在0.08-0.1MPa，铸造一定长度后铸造速度和冷却水压均逐渐升高并保持恒定。采用该方法不仅可成功铸造高强铝合金铸锭，而且可显著提高铸锭表面质量。

1.  高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于：包括以下步骤——
1)合金化及熔炼：将工业纯铝锭放置在感应炉内熔炼，待熔化后将熔体温度控制在700～730℃范围内并加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将其温度升高至710～750℃，向熔体中分别加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌后将熔体转至电阻加热保温静置炉，进行升温静置；
2)熔体处理：将熔体温度保持在720～750℃，采用无钠精炼剂和打渣剂对熔体进行精炼和打渣处理，扒掉熔体表面的氧化渣后静置10～20分钟；向保温静置炉内加入Al-5Ti-B线杆对熔体进行细化处理，并静置20～50分钟，将熔体温度保温在690℃～730℃范围内并准备铸造；
3)半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，油气润滑结晶器包括保温热帽、结晶器本体、冷却水腔、空气腔、润滑油腔，在结晶器本体的内部设置冷却水腔，在结晶器本体的上端开有空气腔和润滑油腔，保温热帽安装在结晶器本体的上方；铸造开始前首先打开空气腔和润滑油腔，空气腔内的压缩空气气压在0.1～0.4MPa，润滑油腔内的润滑油油压在0.2～0.8MPa，空气腔内的压缩空气和润滑油腔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；铸造开始时金属熔体缓慢流入结晶器，当结晶器内金属液位高度达到40～60mm时引锭底座以10～30mm/min的速度开始下降，冷却水腔内的冷却水压力保持在0.08～0.1MPa；铸锭长度达到100～200mm后铸造速度逐渐升高至40～80mm/min，铸造进入稳定阶段；在稳定铸造时，保持油压和气压以及铸造工艺参数恒定。

2.  根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于：步骤3)空气腔内的压缩空气和润滑油腔内的润滑油以1∶2～1∶4的比例混合。

3.  根据权利要求1所述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，其特征在于：步骤3)铸造进入稳定阶段，对于φ300mm铸锭，铸造速度在40～100mm/min，冷却水压在0.1～0.3MPa。

高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法
技术领域
本发明涉及一种高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，属于铝合金半连续铸造技术领域。
背景技术
高强铝合金为Al-Zn-Mg-Cu-Zr系合金，综合性能较优，具有较高的结构强度、断裂韧性和抗应力腐蚀，是当前航空、航天领域广泛采用的一种轻型结构材料。然而，高强铝合金的合金元素含量往往较高，对于其中的代表合金7050，其Zn、Mg、Cu等元素的含量更是高达12％。在凝固过程中，晶界处的低熔点共晶相数目增多，从而铸锭抵抗裂纹的能力下降。据报道，高强铝合金铸锭在铸造过程中的热裂以及铸造后期的冷裂现象非常严重，铸造成功率较低，并且铸锭的开裂倾向随着铸锭规格尺寸的增加而增大。
为了提高高强铝合金铸锭的成材率，往往采用纯铝铺底的方式，即在铸造初期首先铸造一段工业纯铝铸锭，然后再进行正常合金液铸造的方式来制备高强合金铸锭。采用这种工艺降低了铸锭底部的冷却强度，减小了底部凝固内应力值，在一定程度上能够取得铸锭底部开裂的目的。但是，采用纯铝铺底工艺给铸造操作带来一定的困难，如果铸造工艺操作不当，熔体液流容易将铺底铝液溅起而混入熔体，增加铸锭头部的切削量。
此外，高强铝合金铸锭往往表面质量较差，元素的宏观偏析以及铸锭表面“偏析瘤”的现象非常严重，在铸锭的后续变形前必须要将表面偏析层铣掉，铸锭制备的经济成本较高。
发明内容
本发明针对高强铝合金铸锭易开裂以及表面质量较差的问题，提供一种高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，应用此方法不仅可以成功铸造高强铝合金铸锭，而且可以显著提高铸锭表面质量。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，具体包括以下步骤——
1)合金化及熔炼：将工业纯铝锭放置在感应炉内熔炼，待熔化后将熔体温度控制在700℃～730℃范围内并加入工业纯锌、工业纯镁锭，搅拌熔体并将其温度升高至710℃～750℃，向熔体中分别加入Al-50Cu、Al-10Zr、Al-10Mn、Al-5Cr中间合金锭，搅拌后将熔体转至电阻加热保温静置炉，进行升温静置；
2)熔体处理：将熔体温度保持在720～750℃，采用无钠精炼剂和打渣剂对熔体进行精炼和打渣处理，扒掉熔体表面的氧化渣后静置10～20分钟；向保温静置炉内加入Al-5Ti-B线杆对熔体进行细化处理，并静置20～50分钟，将熔体温度保温在690℃～730℃范围内并准备铸造；
3)半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，油气润滑结晶器包括保温热帽、结晶器本体、冷却水腔、空气腔、润滑油腔，在结晶器本体的内部设置冷却水腔，在结晶器本体的上端开有空气腔和润滑油腔，保温热帽安装在结晶器本体的上方；铸造开始前首先打开空气腔和润滑油腔，并保证气压范围为0.1～0.4MPa，油压范围为0.2～0.8MPa，空气腔内的压缩空气和润滑油腔内的润滑油混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜，使铸造时液态金属与铸锭不与结晶器内壁直接接触；铸造开始时金属熔体缓慢流入结晶器，当结晶器内金属液位高度达到40～60mm时引锭底座以10～30mm/min的速度开始下降，冷却水腔内的冷却水压力保持在0.08～0.1MPa；铸锭长度达到100～200mm后铸造速度逐渐升高至40～80mm/min，铸造进入稳定阶段；在稳定铸造时，保持油压和气压以及铸造工艺参数的恒定。
进一步地，上述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，步骤3)空气腔内的压缩空气和润滑油腔内的润滑油以1∶2～1∶4的比例混合。
更进一步地，上述的高强铝合金圆锭连续油气润滑铸造方法，步骤3)铸造进入稳定阶段，对于φ300mm铸锭，铸造速度的范围为40～100mm/min，冷却水压正常值的范围为0.1～0.3MPa。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
本发明在铸造过程中对高强铝合金铸锭施加连续油气润滑，在保证铸锭顺利成形的同时显著提高了铸锭的表面质量。采用该方法不仅可成功铸造高强铝合金铸锭，而且铸锭无裂纹，并且表面质量较优。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明采用的油气润滑结晶器的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：