CN103949600B - 一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器 - Google Patents
一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器 Download PDFInfo
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Abstract
一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器。本发明涉及一种制备超硬铝合金扁铸锭的工具。本发明是为了解决现有铸造工具生产超硬铝合金易产生裂纹废品的问题，本发明的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室、水室压盖、二次水分布板和油压盖，所述的结晶器水室包括水室内壁、水室外壁和水室底座，水室内壁的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔，水室压盖上位于长度方向的两端上设置有进水孔，水室底座上位于腔外侧平面上靠近水室内壁处设置有润滑油通道。本发明的方法降低裂纹倾向性。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备超硬铝合金扁铸锭的工具
背景技术
超硬铝合金具有强度高、抗剥落腐蚀、应力腐蚀开裂能力强、断裂韧性与抗疲劳性能优良等一系列突出优点，在航空航天、军工项目中具有重要的应用价值。但是，超硬铝合金裂纹倾向性大，在铸造过程中极易产生裂纹废品，甚至造成整根开裂，铸造成品率极低，传统工具铸造其成品率在50％以下。传统铸造工具的局限性使超硬铝合金的应用受到很大的限制。因此，研究一种新的超硬铝合金扁铸锭工具是推动超硬铝合金应用的关键。
发明内容
本发明是为了解决现有铸造工具生产超硬铝合金易产生裂纹废品的问题，而提供了一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器。
本发明的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室、水室压盖、二次水分布板和油压盖；所述的结晶器水室包括水室内壁、水室外壁和水室底座，且所述的结晶器水室为整体结构；所述的结晶器水室的水室内壁由小面、大面和大小面的过度面三部分对接成整体结构；所述的小面为圆弧状；所述的大小面的过度面为弧度小于小面的弧度的圆弧；所述的结晶器水室的水室内壁的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔，且该平面的宽度大于出水孔的直径；所述的出水孔的直径分四部分设置，位于大面正中位置40％处的出水孔的直径为4.5mm，位于由大面正中位置向两侧各延伸7％～10％处的出水孔的直径为4mm，位于大面剩余部分的出水孔的直径为3.5mm，位于大小面的过度面部分的出水孔的直径为3.5mm，位于小面的出水孔的直径为3mm；所述的水室压盖盖在结晶器水室敞口处；所述的水室压盖上位于长度方向的两端上设置有进水孔，所述的进水孔位于对应结晶器水室的内腔的位置处，所述的水室内壁和水室外壁之间设置有二次水分布板，所述的二次水分布板为与内壁形状相同的薄壁状，所述的二次水分布板的尺寸与水室内壁的尺寸相匹配；所述的水室底座上位于腔外侧平面上靠近水室内壁处设置有润滑油通道，所述的润滑油通道分为润滑油内通道、润滑油外通道和润滑油内外通道连通处，所述的润滑油内通道为环绕水室内壁的整体通道，所述的润滑油外通道分为直线长度相等的两部分，分别位于结晶器水室长度方向上的两端，且润滑油内通道和润滑油外通道直线长度的比例约为2：1，所述的润滑油内通道和润滑油外通道通过润滑油内外通道连通处连接，且所述的润滑油内外通道连通处垂直于润滑油内通道和润滑油外通道设置；所述的润滑油内通道内侧边沿上表面设置有出油孔，且出油孔间距为1cm；所述的油压盖盖在润滑油通道上。
本发明的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器在使用时结晶器下方铸锭下行方向有挡水板，挡水板的上表面流过冷却水，挡水板中心位置具有与铸锭横截面尺寸相匹配的通孔，铸锭先行穿过挡水板的部分被挡水板阻隔，使冷却水与挡水板下方铸锭不接触。
本发明的有益效果：
1、采用在热态下具有高的可塑性，易于锻造、冲压，工艺性能较好，可切削性能良好的2A50铝合金，通过5000吨水压机锻造、并热处理作为结晶器的坯料材质，降低了铸锭表面粗晶层，提高了铸锭的表面质量和内部质量。
2、结晶器内腔设有二次水分布板，对进入结晶器内的水进行重新分配，可以使结晶器出水孔有充足的水流量，保证脉冲水的瞬时供水流量及脉冲水与供水间隙迅速切换，同时结晶器小面设计成圆弧，收缩阻力减小，可以降低裂纹倾向性。
3、多个规格结晶器的水箱进水孔相对水框上水孔位置一致，可实现不同规格结晶器与一套水框的准确配合。
4、结晶器水孔的分段控制，水孔直径Φ3mm～4.5mm大小不同，使结晶器内熔体温度梯度小，铸锭内应力分布均匀，降低了裂纹倾向性。
5、此结晶器设计了自动润滑出油孔，实现了自动润滑，可以减少拉裂的缺陷，避免产生应力集中，降低裂纹倾向性。
6、此结晶器使用时配合挡水板，铸锭通过挡水板后可将冷却水完全阻隔在挡水板上部，保证铸锭高温状态，防止铸锭急冷收缩造成应力不均，降低铸锭冷裂倾向性。
附图说明
图1为结晶器水室示意图；
图2为结晶器水室压盖示意图；
图3为结晶器水室出水孔放大示意图；
图4为结晶器水室二次水分布板示意图；
图5为结晶器水室底座示意图；
图6为结晶器水室底座润滑油通道放大示意图；
图7为结晶器水室底座油压盖示意图；
图8为本发明结晶器使用过程示意图；其中A为本发明的结晶器，B为挡水板，C为铸锭，D为冷却水。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室1、水室压盖5、二次水分布板6和油压盖7；所述的结晶器水室1包括水室内壁2、水室外壁3和水室底座4，且所述的结晶器水室1为整体结构；所述的结晶器水室1的水室内壁2由小面2-1、大面2-2和大小面的过度面2-3三部分对接成整体结构；所述的小面2-1为圆弧状；所述的大小面的过度面2-3为弧度小于小面2-1的弧度的圆弧；所述的结晶器水室1的水室内壁2的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔2-4，且该平面的宽度大于出水孔2-4的直径；所述的出水孔2-4的直径分四部分设置，位于大面2-2正中位置40％处的出水孔2-4的直径为4.5mm，位于由大面2-2正中位置向两侧各延伸7％～10％处的出水孔2-4的直径为4mm，位于大面2-2剩余部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于大小面的过度面2-3部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于小面2-1的出水孔2-4的直径为3mm；所述的水室压盖5盖在结晶器水室1敞口处；所述的水室压盖5上位于长度方向的两端上设置有进水孔5-1，所述的进水孔5-1位于对应结晶器水室1的内腔的位置处，所述的水室内壁2和水室外壁3之间设置有二次水分布板6，所述的二次水分布板6为与内壁2形状相同的薄壁状，所述的二次水分布板6的尺寸与水室内壁2的尺寸相匹配；所述的水室底座4上位于腔外侧平面上靠近水室内壁2处设置有润滑油通道8，所述的润滑油通道8分为润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3，所述的润滑油内通道8-1为环绕水室内壁2的整体通道，所述的润滑油外通道8-2分为直线长度相等的两部分，分别位于结晶器水室1长度方向上的两端，且润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2直线长度的比例约为2：1，所述的润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2通过润滑油内外通道连通处8-3连接，且所述的润滑油内外通道连通处8-3垂直于润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2设置；所述的润滑油内通道8-1内侧边沿上表面设置有出油孔8-4，且出油孔8-4间距为1cm；所述的油压盖7盖在润滑油通道8上。
本实施方式的结晶器尺寸根据7系超硬铝合金的收缩系数以及测量的同合金不同规格铸锭的截断面尺寸来确定。
本实施方式的有益效果：
1、结晶器内腔设有二次水分布板，对进入结晶器内的水进行重新分配，可以使结晶器出水孔有充足的水流量，保证脉冲水的瞬时供水流量及脉冲水与供水间隙迅速切换，同时结晶器小面设计成圆弧，收缩阻力减小，可以降低裂纹倾向性。
2、多个规格结晶器的水箱进水孔相对水框上水孔位置一致，可实现不同规格结晶器与一套水框的准确配合。
3、结晶器水孔的分段控制，水孔直径Φ3mm～4.5mm大小不同，使结晶器内熔体温度梯度小，铸锭内应力分布均匀，降低了裂纹倾向性。
4、此结晶器设计了自动润滑出油孔，实现了自动润滑，可以减少拉裂的缺陷，避免产生应力集中，降低裂纹倾向性。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同之处在于：所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器的材质为2A50合金，并经过锻造和热处理，所述的锻造加热温度400～480℃，所述的热处理参数为：加热温度为：549～515℃，保温时间为160min～200min，淬火水温为50～60℃；时效温度为152～160℃，保温时间为5h～7h。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式采用在热态下具有高的可塑性，易于锻造、冲压，工艺性能较好，可切削性能良好的2A50铝合金，通过5000吨水压机锻造、并热处理作为结晶器的坯料材质，降低了铸锭表面粗晶层，提高了铸锭的表面质量和内部质量。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同之处在于：所述的小面2-1的弧度为R800～1000mm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同之处在于：所述的小面2-1的弧度为R900mm。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同之处在于：所述的大小面的过度面2-3的弧度为R50～70mm。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同之处在于：所述的大小面的过度面2-3的弧度为R60mm。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同之处在于：所述的水室压盖5上位于长度方向的两端上的进水孔5-1的个数共为8个，一端4个。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一的不同之处在于：所述的进水孔5-1的直径为70mm～80mm。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一的不同之处在于：所述的二次水分布板6通过U型橡胶槽作用于其上下端面的方式固定于结晶器水室1和水室压盖5之间。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一的不同之处在于：所述的润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3的宽度均为1.5-2mm，深度均为3mm～5mm。其他与具体实施方式一至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器在使用时结晶器下方铸锭下行方向有挡水板，挡水板的上表面流过冷却水，挡水板中心位置具有与铸锭横截面尺寸相匹配的通孔，铸锭先行穿过挡水板的部分被挡水板阻隔，使冷却水与挡水板下方铸锭不接触。
本实施方式的结晶器使用方法在使用时配合挡水板，铸锭通过挡水板后可将冷却水完全阻隔在挡水板上部，保证铸锭高温状态，防止铸锭急冷收缩造成应力不均，降低铸锭冷裂倾向性。
通过以下试验验证本发明的有益效果：
试验一：本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室1、水室压盖5、二次水分布板6和油压盖7；所述的结晶器水室1包括水室内壁2、水室外壁3和水室底座4，且所述的结晶器水室1为整体结构；所述的结晶器水室1的水室内壁2由小面2-1、大面2-2和大小面的过度面2-3三部分对接成整体结构；所述的小面2-1为圆弧状；所述的大小面的过度面2-3为弧度小于小面2-1的弧度的圆弧；所述的结晶器水室1的水室内壁2的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔2-4，且该平面的宽度大于出水孔2-4的直径；所述的出水孔2-4的直径分四部分设置，位于大面2-2正中位置600mm处的出水孔2-4的直径为4.5mm，位于由大面2-2正中位置向两侧各延伸100mm处的出水孔2-4的直径为4mm，位于大面2-2剩余部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于大小面的过度面2-3部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于小面2-1的出水孔2-4的直径为3mm；所述的水室压盖5盖在结晶器水室1敞口处；所述的水室压盖5上位于长度方向的一端上设置有进水孔5-1，所述的进水孔5-1位于对应结晶器水室1的内腔的位置处，所述的水室内壁2和水室外壁3之间设置有二次水分布板6，所述的二次水分布板6为与内壁2形状相同的薄壁状，所述的二次水分布板6的尺寸与水室内壁2的尺寸相匹配；所述的水室底座4上位于腔外侧平面上靠近水室内壁2处设置有润滑油通道8，所述的润滑油通道8分为润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3，所述的润滑油内通道8-1为环绕水室内壁2的整体通道，所述的润滑油外通道8-2分为直线长度相等的两部分，分别位于结晶器水室1长度方向上的两端，且润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2直线长度的比例为2：1，所述的润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2通过润滑油内外通道连通处8-3连接，且所述的润滑油内外通道连通处8-3垂直于润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2设置；所述的润滑油内通道8-1内侧边沿上表面设置有出油孔8-4，且出油孔8-4间距为1cm；所述的油压盖7盖在润滑油通道8上。
本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器的材质为2A50合金，并经过锻造、热处理，所述的锻造加热温度420～450℃，所述的热处理参数为：加热温度为：510℃，保温时间为180min，淬火水温为50～60℃；时效温度为152～1605℃，保温时间为6h。
本试验中所述的小面2-1的弧度为R1000mm。
本试验中所述的大小面的过度面2-3的弧度为R50mm。
本试验中所述的进水孔5-1的个数为4个。
本试验中所述的进水孔5-1的直径为80cm。
本试验中所述的二次水分布板6通过U型橡胶槽作用于其上下端面的方式固定于结晶器水室1和水室压盖5之间。
本试验中所述的润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3的宽度均为1.5mm，深度均为3mm。
试验二：本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器的使用方法如下：
本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室1、水室压盖5、二次水分布板6和油压盖7；所述的结晶器水室1包括水室内壁2、水室外壁3和水室底座4，且所述的结晶器水室1为整体结构；所述的结晶器水室1的水室内壁2由小面2-1、大面2-2和大小面的过度面2-3三部分对接成整体结构；所述的小面2-1为圆弧状；所述的大小面的过度面2-3为弧度小于小面2-1的弧度的圆弧；所述的结晶器水室1的水室内壁2的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔2-4，且该平面的宽度大于出水孔2-4的直径；所述的出水孔2-4的直径分四部分设置，位于大面2-2正中位置600mm处的出水孔2-4的直径为4.5mm，位于由大面2-2正中位置向两侧各延伸100mm处的出水孔2-4的直径为4mm，位于大面2-2剩余部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于大小面的过度面2-3部分的出水孔2-4的直径为3.5mm，位于小面2-1的出水孔2-4的直径为3mm；所述的水室压盖5盖在结晶器水室1敞口处；所述的水室压盖5上位于长度方向的一端上设置有进水孔5-1，所述的进水孔5-1位于对应结晶器水室1的内腔的位置处，所述的水室内壁2和水室外壁3之间设置有二次水分布板6，所述的二次水分布板6为与内壁2形状相同的薄壁状，所述的二次水分布板6的尺寸与水室内壁2的尺寸相匹配；所述的水室底座4上位于腔外侧平面上靠近水室内壁2处设置有润滑油通道8，所述的润滑油通道8分为润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3，所述的润滑油内通道8-1为环绕水室内壁2的整体通道，所述的润滑油外通道8-2分为直线长度相等的两部分，分别位于结晶器水室1长度方向上的两端，且润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2直线长度的比例为2：1，所述的润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2通过润滑油内外通道连通处8-3连接，且所述的润滑油内外通道连通处8-3垂直于润滑油内通道8-1和润滑油外通道8-2设置；所述的润滑油内通道8-1内侧边沿上表面设置有出油孔8-4，且出油孔8-4间距为1cm；所述的油压盖7盖在润滑油通道8上。
本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器的材质为2A50合金，并经过锻造、热处理，所述的锻造加热温度420～450℃，所述的热处理参数为：加热温度为：510℃，保温时间为180min，淬火水温为50～60℃；时效温度为152～1605℃，保温时间为6h。
本试验中所述的小面2-1的弧度为R1000mm。
本试验中所述的大小面的过度面2-3的弧度为R50mm。
本试验中所述的进水孔5-1的个数为4个。
本试验中所述的进水孔5-1的直径为80cm。
本试验中所述的二次水分布板6通过U型橡胶槽作用于其上下端面的方式固定于结晶器水室1和水室压盖5之间。
本试验中所述的润滑油内通道8-1、润滑油外通道8-2和润滑油内外通道连通处8-3的宽度均为1.5mm，深度均为3mm。
本试验的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器在使用时结晶器下方铸锭下行方向有挡水板，挡水板的上表面流过冷却水，挡水板中心位置具有与铸锭横截面尺寸相匹配的通孔，铸锭先行穿过挡水板的部分被挡水板阻隔，使冷却水与挡水板下方铸锭不接触。
Claims (8)
1.一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器包括结晶器水室(1)、水室压盖(5)、二次水分布板(6)和油压盖(7)；所述的结晶器水室(1)包括水室内壁(2)、水室外壁(3)和水室底座(4)，且所述的结晶器水室(1)为整体结构；所述的结晶器水室(1)的水室内壁(2)由小面(2-1)、大面(2-2)和大小面的过渡面(2-3)三部分对接成整体结构；所述的小面(2-1)为圆弧状；所述的大小面的过渡面(2-3)为弧度小于小面(2-1)的弧度的圆弧；所述的结晶器水室(1)的水室内壁(2)的内表面与上表面交界处设置成平面，并在该平面上设置出水孔(2-4)，且该平面的宽度大于出水孔(2-4)的直径；所述的出水孔(2-4)的直径分四部分设置，位于大面(2-2)正中位置600mm处的出水孔(2-4)的直径为4.5mm，位于由大面(2-2)正中位置向两侧各延伸100mm处的出水孔(2-4)的直径为4mm，位于大面(2-2)剩余部分的出水孔(2-4)的直径为3.5mm，位于大小面的过渡面(2-3)部分的出水孔(2-4)的直径为3.5mm，位于小面(2-1)的出水孔(2-4)的直径为3mm；所述的水室压盖(5)盖在结晶器水室(1)敞口处；所述的水室压盖(5)上位于长度方向的两端上设置有进水孔(5-1)，所述的进水孔(5-1)位于对应结晶器水室(1)的内腔的位置处，所述的水室内壁(2)和水室外壁(3)之间设置有二次水分布板(6)，所述的二次水分布板(6)为与内壁(2)形状相同的薄壁状，所述的二次水分布板(6)的尺寸与水室内壁(2)的尺寸相匹配；所述的水室底座(4)上位于腔外侧平面上靠近水室内壁(2)处设置有润滑油通道(8)，所述的润滑油通道(8)分为润滑油内通道(8-1)、润滑油外通道(8-2)和润滑油内外通道连通处(8-3)，所述的润滑油内通道(8-1)为环绕水室内壁(2)的整体通道，所述的润滑油外通道(8-2)分为直线长度相等的两部分，分别位于结晶器水室(1)长度方向上的两端，且润滑油内通道(8-1)和润滑油外通道(8-2)直线长度的比例为2：1，所述的润滑油内通道(8-1)和润滑油外通道(8-2)通过润滑油内外通道连通处(8-3)连接，且所述的润滑油内外通道连通处(8-3)垂直于润滑油内通道(8-1)和润滑油外通道(8-2)设置；所述的润滑油内通道(8-1)内侧边沿上表面设置有出油孔(8-4)，且出油孔(8-4)间距为1cm；所述的油压盖(7)盖在润滑油通道(8)上。
2.根据权利要求1所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器的材质为2A50合金，并经过锻造和热处理，所述的锻造加热温度400～480℃，所述的热处理参数为：加热温度为：510℃，保温时间为160min～200min，淬火水温为50～60℃；时效温度为152～160℃，保温时间为5h～7h。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的小面(2-1)的弧度为R800mm～1000mm。
4.根据权利要求3所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的大小面的过渡面(2-3)的弧度为R50mm～70mm。
5.根据权利要求3所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的水室压盖(5)上位于长度方向的两端上的进水孔(5-1)的个数共为8个，一端4个。
6.根据权利要求3所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的进水孔(5-1)的直径为70mm～80mm。
7.根据权利要求3所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的二次水分布板(6)通过U型橡胶槽作用于其上下端面的方式固定于结晶器水室(1)和水室压盖(5)之间。
8.根据权利要求3所述的一种制备超硬铝合金扁铸锭的结晶器，其特征在于所述的润滑油内通道(8-1)、润滑油外通道(8-2)和润滑油内外通道连通处(8-3)的宽度均为1.5mm～2mm，深度均为3mm～5mm。
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