CN105665657A - 一种制备均质化铸锭的离散铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，包括以下步骤：步骤1，数值模拟离散浇注过程，获取凝固过程中固相率与凝固时间的关系作为数值模拟结果；步骤2，金属液熔炼、除气、去渣后得到合金液，准备浇铸；步骤3，采用顶注式浇铸法，使用合金液浇铸到预定厚度后，停止浇注；步骤4，实时跟踪测温，参考步骤1数值模拟结果，当已浇注的金属液固相率达到70％-80％时，进行下一次浇铸；步骤5，重复步骤3和步骤4，直至铸锭浇铸凝固完成；步骤6，对铸锭热处理以消除铸造应力。与普通铸造工艺相比较，本发明的离散铸造方法中，更多的金属面与环境接触，冷却速度较快，有助于晶粒细化。

Description

一种制备均质化铸锭的离散铸造方法

技术领域

本发明涉及一种铸造方法，具体涉及一种制备均质化铸锭的离散铸造方法。

背景技术

随着新型能源建设的发展，国内外对大型铸锻件的需求剧增。铸锭作为大型锻件的母坯，目前铸锭生产质量低，材料和能源浪费严重。铸锭中的一些缺陷如夹杂和成分偏析不能在后续的加工过程中消除，致使锻件报废或性能不高；另一些缺陷如晶粒不均匀严重影响后续的锻造成形，可能导致锻造参数选择不匹配造成锻件开裂而报废。据统计，大型锻件生产中60％的不合格产品都是由于铸锭质量问题引起的，致使我国大型锻件生产处于“以数量求成品，以消耗换质量”的摸索生产阶段，不能满足我国航海、核电、火电等重大装备建设需求。因此加工过程中如何控制好大铸锭中的成分分布、组织性能优化等成为新型能源装备建设的突出瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服传统铸锭浇注技术的不足，提出了一种新型浇铸方法，通过人为控制铸锭浇铸过程，使铸锭离散浇铸/凝固，最终获得成分分布较均匀，组织性能更优异的铸锭。该方法可运用到多种尺寸，不同合金的铸锭制备过程中。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，包括以下步骤：

步骤1，数值模拟离散浇注过程，获取凝固过程中固相率与凝固时间的关系作为数值模拟结果；

步骤2，金属液熔炼、除气、去渣后得到合金液，准备浇铸；

步骤3，采用顶注式浇铸法，使用合金液浇铸到预定厚度后，停止浇注；

步骤4，实时跟踪测温，参考步骤1数值模拟结果，当已浇注的金属液固相率达到70％-80％时，进行下一次浇铸；

步骤5，重复步骤3和步骤4，直至铸锭浇铸凝固完成；

步骤6，对铸锭热处理以消除铸造应力。

优选地，铸锭为小型铸锭，使用浇包舀取合金液浇铸小型铸锭。

优选地，铸锭为大型铸锭，采用底注包浇铸大型铸锭。

优选地，采用石墨坩埚作为铸锭的浇注模具。

更优选地，采用高为140mm，直径为130mm的石墨坩埚作为铸锭的浇注模具。

优选地，合金液为铝铜合金液。

更优选地，铝铜合金液温度保持在750℃。

优选地，铸锭被离散成4包进行浇铸。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、此离散浇铸法可根据铸件大小控制合适的浇铸层厚度，在满足新浇铸的金属液流动铺满的条件下，厚度越小，层内部凝固流动程度越小，宏观偏析也越小；

2、每一离散包金属液浇入铸型后，金属液流域被限制，金属液流动速度很大程度被抑制；

3、每一离散包金属液受前一已凝固离散包固相金属的冷却作用而大量缩减、凝固时间；

4、下一离散浇包浇铸后，已凝固铸锭对其有激冷作用，使新浇铸金属液中形核率增大，晶粒尺寸也越细小；

5、对于大型铸锭，铸锭凝固收缩明显，采用该离散浇铸法，每层铸锭的凝固收缩的体积可通过下一次金属液浇铸来补充，因此逐层浇铸凝固后的铸锭的缩孔缺陷可以有效的得到减轻甚至消除；

6、对于大型铸锭因铸锭凝固收缩明显，传统浇注往往采用热顶进行补缩。采用此离散浇注法因之前所有离散浇注包的凝固收缩都得到后一离散浇注包金属液的补充，因而不再需要热顶的补缩，减少了热顶处金属液的浪费。

附图说明

图1是本发明的离散铸造法示意图；

图2是传统铸造法所获铸件的外观形貌照片；

图3是图2所示形貌照片上圆部分的晶粒形貌照片；

图4是图2所示形貌照片下圆部分的晶粒形貌照片；

图5是本发明的离散铸造法所获铸件的外观形貌照片；

图6是图5所示形貌照片上圆部分的晶粒形貌照片；

图7是图6所示形貌照片下圆部分的晶粒形貌照片；

图8是传统铸造法晶粒尺寸统计图；

图9是本发明的离散铸造法晶粒尺寸统计；

图10是传统铸造法和本发明的离散铸造法宏观偏析分布对比图；

图11是传统铸造法和本发明的离散铸造法中心线铜偏析分布。

具体实施方式

下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

图1所示为离散铸造法简易实施图。铸锭被离散成很多包浇铸，每次浇铸完，停止浇铸待其凝固一段时间，当达到一定的固相后，开始下一包金属浇铸。如此反复，直至铸锭完全被浇铸完。

1、本工艺中金属浇铸层越薄，金属凝固时间越短，晶粒尺寸越小，偏析范围也越小；

2、逐层浇铸凝固，与普通铸造工艺相比较，有更多的金属面与环境接触，冷却速度较快，有助于晶粒细化；

3、浇铸后凝固时，通过测温装置进行实施跟踪测温有助于确定铸锭凝固的固相率，当固相率达到一定值后进行后续浇铸，如此往复达到最终铸锭成形；

4、由于凝固过程，下一层已部分凝固的金属对上一层刚浇入的金属液有激冷作用，因此凝固后层与层之间存在一定铸锭铸造应力，所以铸锭需热处理，以消除应力。

6、通过离散铸造法，使铸锭逐层浇铸，逐层凝固，因此铸锭凝固过程中的收缩体积可通过后续浇铸的金属液来填补，所以整个浇铸过程中无需冒口补缩，提高铸锭的利用率。

实施例：

本例子采用高为140mm，直径约为130mm石墨坩埚为铸锭模具，以铝铜合金为实验材料。铸锭将被离散成4包进行浇铸。为了进行比较，在相同条件下浇铸一个传统浇铸法的铸锭，其实施步骤如下所述：

1、采用数值模拟方法计算铸锭的凝固过程，预测到第二包，三包，四包的浇注间隔时间分别为30s，45s，60s；

2、加入纯铝，升温至其熔化后加入铝铜中间合金，精炼静置后使熔液保持750℃准备浇铸；

3、浇铸第一包后待其凝固30s，开始浇铸第二包，45s后浇铸第三包，60s后浇铸最后一包；

4、浇铸一个用传统浇铸法的锭子；

该铸锭都为4.3kg，通过比较晶粒尺寸的统计值，离散铸造法制备的锭子晶粒明显细化，其中底部相对传统铸造法细化效果提升33.5％，而顶部由于都暴露在空气中，具有相似的冷却条件，因此晶粒尺寸基本相近。通过比较铸锭截面处宏观偏析可知，该离散铸造法可有效降低铸锭的宏观偏析，其中由中心线处偏析分布可知，离散铸造法不但可以可降低偏析的波动，而且可以降低偏析值。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，数值模拟离散浇注过程，获取凝固过程中固相率与凝固时间的关系作为数值模拟结果；

步骤2，金属液熔炼、除气、去渣后得到合金液，准备浇铸；

步骤3，采用顶注式浇铸法，使用所述合金液浇铸到预定厚度后，停止浇注；

步骤4，实时跟踪测温，参考步骤1数值模拟结果，当已浇注的金属液固相率达到70％-80％时，进行下一次浇铸；

步骤5，重复步骤3和步骤4，直至铸锭浇铸凝固完成；

步骤6，对所述铸锭热处理以消除铸造应力。

2.根据权利要求1所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，所述铸锭为小型铸锭，使用浇包舀取所述合金液浇铸所述小型铸锭。

3.根据权利要求1所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，所述铸锭为大型铸锭，采用底注包浇铸所述大型铸锭。

4.根据权利要求1所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，采用石墨坩埚作为所述铸锭的浇注模具。

5.根据权利要求4所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，采用高为140mm，直径为130mm的石墨坩埚作为所述铸锭的浇注模具。

6.根据权利要求1所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，所述合金液为铝铜合金液。

7.根据权利要求6所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，所述铝铜合金液温度保持在750℃。

8.根据权利要求1所述的一种制备均质化铸锭的离散铸造方法，其特征在于，所述铸锭被离散成4包进行浇铸。