CN107030267A - 一种低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭 - Google Patents

Abstract

一种低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭，涉及铝合金熔炼铸造技术领域，该方法首先是按照铝合金化学成分中各元素及其含量进行第一次配料，其中含量为1.8wt％～8wt％的元素为主要元素，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，主要元素含量为对应元素含量的30％～40％进行第二次配料，经过熔炼的正常程序，得到起铸料；接着先采用起铸料进行铸造，形成铸锭头；再采用主铸料在铸锭头的基础上继续进行铸造。该方法能够降低铸造过程中的应力，可完全避免铸锭成型开裂，且不影响铸锭本身的性能；制得的铝合金铸锭的性能稳定，且完全不会开裂。

Description

一种低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭

技术领域

本发明涉及一种铝合金熔炼铸造技术领域，且特别涉及一种低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭。

背景技术

在现有的大量铝合金材料中，2XXX系铝合金和7XXX系铝合金具有下述共同特点：①高强、高韧，且铝合金的纯洁度高；②铝合金主要元素的化学成分高；③铝合金中低溶点的共晶相多而复杂；④具有很大的结晶温度范围，固液区塑性低，有极大的热脆性倾向；⑤铸锭规格大，可铸造成厚度为500mm、宽度为1600mm以上的铸锭，或Φ600mm以上的圆锭，用于后序的挤压和锻造成型，满足材料得到足够加工变形的要求。由于2XXX系铝合金和7XXX系铝合金具有上述特点，因此它们被广泛用作航空航天用材料，而熔炼铸造生产大规格、冶金质量好的铸锭是生产航空航天厚板的首要条件，且重要的工序。只有减少铸锭成型的热脆性，才能铸造出具有足够加工性能的大规格铸锭。

目前，减少铸锭成型开裂的方法有：①对铝合金的化学成分进行合理优化；②铸造过程中，采用合理的铸造参数(铸造温度、铸造速度、结晶器高度)；③采用刮水器。虽然以上三种方式都是行之有效的减少铸锭开裂的工艺措施，但上述工艺措施难免会影响铸锭的其他性能，且无法完全避免铸锭成型开裂情形的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低浓度起铸铸造方法，降低铸造过程中的应力，可完全避免铸锭成型开裂，且不影响铸锭本身的性能。

本发明的另一目的在于提供一种铝合金铸锭，性能稳定，且完全不会开裂。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种低浓度起铸铸造方法，其包括以下步骤：

按照铝合金化学成分中各元素及含量进行第一次配料，其中含量为1.8wt％～8wt％的元素为主要元素，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，其中主要元素降至原含量的30％～40％进行第二次配料，经过熔炼的正常程序，得到起铸料；

采用起铸料进行铸造，铸造长度为50～80mm，形成铸锭头；

采用主铸料在铸锭头的基础上继续进行铸造，铸造长度为1400～8500mm。

进一步地，在本发明较佳实施例中，7系铝合金化学成分中的主要元素包括Zn，Zn的质量百分数含量≥5％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，2系铝合金化学成分中的主要元素包括Cu，Cu的质量百分数含量≥4％。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造前，将起铸料和主铸料分别注入流槽的第一腔室中和第二腔室中，第一腔室和第二腔室分别连接于主流槽。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造时，先开启流体堵头，将起铸料注入主流槽中，再关闭流体堵头，将主铸料注入主流槽中。

进一步地，在本发明较佳实施例中，先将起铸料注入结晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿50～80mm处，关闭引锭头，使结晶器内的起铸料成型为铸锭头；再切换流体堵头，将主铸料注入结晶器，并开启引锭头下降，控制下降速度为40～60mm/min。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铸造结束后，还需对铸造形成的铸锭进行“回火”处理。

一种铝合金铸锭，其采用上述的低浓度起铸铸造方法制得。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铝合金铸锭为宽度不小于1600mm，厚度不小于500mm的扁锭。

进一步地，在本发明较佳实施例中，铝合金铸锭为直径不小于700mm的圆锭。

本发明实施例的低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭的有益效果是：本发明实施例低浓度起铸铸造方法是按照铝合金化学成分中各元素及其含量进行第一次配料，其中含量为1.8wt％～8wt％的元素为主要元素，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，其中主要元素含量为铝合金化学成分中对应元素含量的30％～40％进行第二次配料，经过熔炼的正常程序，得到起铸料；先采用起铸料进行铸造，铸造长度为50～80mm，形成铸锭头；再采用主铸料在铸锭头的基础上继续进行铸造，铸造长度为1400～8500mm。该方法能够降低铸造过程中的应力，可完全避免铸锭成型开裂，且不影响铸锭本身的性能；制得的铝合金铸锭的性能稳定，且完全不会开裂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的低浓度起铸铸造方法及铝合金铸锭进行具体说明。

本发明实施例提供一种低浓度起铸铸造方法，其包括以下步骤：

S1准备铸料：按照铝合金化学成分中各元素及其含量进行第一次配料，其中含量为1.8wt％～8wt％的元素为主要元素，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，其中主要元素含量降至原含量的30％～40％进行第二次配料，经过熔炼的正常程序，得到起铸料。本实施例中的铝合金主要指2系铝合金和7系铝合金，它们可制成大规格、冶金质量好的铸锭，用于生产航空航天厚板。7系铝合金化学成分中的主要元素包括Zn，且Zn的质量百分数含量≥5％，还包括质量百分数含量≥1.8％的其他元素；2系铝合金化学成分中的主要元素包括Cu，且Cu的质量百分数含量≥4％，还包括质量百分数含量≥1.8％的其他元素。本实施例中，熔炼的正常程序包括熔炼、精炼和除气，熔炼的温度为740～760℃，精炼的温度为720～735℃，除气是采用在线深床净化除气系统(SNIF)进行的。

S2铸造：分为两个阶段，第一阶段是采用低浓度的起铸料进行铸造，铸造长度为50～80mm，形成铸锭头；第二阶段是采用正常的主铸料在铸锭头的基础上继续进行铸造，铸造长度为1400～8500mm。

采用结晶器进行铸造的步骤分为两步：

第一步骤：铸造前，将起铸料和主铸料分别注入第一腔室中和第二腔室中，第一腔室和第二腔室分别连接于主流槽，第一腔室直接与主流槽的堵头相连，第二腔室的液体通过堵头与主流槽相连。铸造时，先开启流体堵头开关，将起铸料注入主流槽中成型，具体是先将起铸料注入结晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿50～80mm处，关闭开关，使结晶器内的起铸料成型为铸锭头。

第二步骤：关闭流体堵头开关，将主铸料注入主流槽中，具体是切换流体堵头，关闭第一腔室开关，开启第二腔室开关，正常铸造，将主铸料注入结晶器，并开启引锭头下降，控制其下降速度，即铸造速度为40～60mm/min。

S3回火：对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，即：主流槽中的铝液流尽，在距结晶器下沿20～30mm，铸造未出结晶器时，控制冷却水和下降速度，让最后未凝固的流体余温对未出结晶器的铸锭层进行自退火工艺处理，得到铝合金铸锭。

本发明实施例还提供一种铝合金铸锭，其采用上述的低浓度起铸铸造方法制得。该铝合金铸锭为宽度不小于1600mm，厚度不小于500mm的扁锭，或者为直径Φ不小于700mm的圆锭。

由于本发明采用低浓度起铸及铸锭结束后的“回火”处理，分别为铸锭的首尾注入了经退火后强度低的软固体，相当于给铸锭的首尾套上了两个“箍”，增加了铸锭首尾抗热裂或冷轧的能力，阻止铸锭热裂纹或冷裂纹缺陷的产生，从而使铸锭易于成型。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

实施例1提供一种7050铝合金扁锭，7050铝合金化学成分按照质量百分数计包括：Si≤0.12％、Fe≤0.15％、Cu为2％～2.6％、Mn≤0.1％、Mg为1.9％～2.6％、Cr≤0.04％、Zn为5.7％～6.7％、Ti≤0.06％、Zr≤0.09％～0.14％、余量为铝。该7050铝合金扁锭采用低浓度起铸铸造方法制得，具体过程如下：

按照铝合金化学成分进行第一次配料：Si＝0.06wt％、Fe＝0.11wt％、Cu＝2.1wt％、Mn＝0.01wt％、Mg＝2.4wt％、Cr＝0.01wt％、Zn＝6.5wt％、Ti＝0.03wt％、Zr＝0.12wt％、余量为Al，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝铝合金化学成分相同的元素，进行第二次配料：Si＝0.06wt％、Fe＝0.11wt％、Cu＝0.63wt％、Mn＝0.01wt％、Mg＝0.72wt％、Cr＝0.01wt％、Zn＝1.95wt％、Ti＝0.03wt％、Zr＝0.12wt％、余量为Al(第二次配料时主要元素Zn、Cu、Mg的含量为铝合金化学成分中Zn含量的30％，其他微量元素及其含量不变，Al含量对应发生变化)，经过熔炼的正常程序，得到2000kg起铸料。

先将起铸料注入结晶器，结晶器的宽度为1680mm，注入结晶器深度为距结晶器上沿50mm处，关闭引锭头，使结晶器内的起铸料自然流出，成型为铸锭头；再切换流体堵头，将主铸料注入结晶器，开启引锭头下降速度，控制铸造速度为50mm/min，铸造宽度为1680mm。

对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，得到宽1680mm、厚600mm，大规格的7050铝合金扁锭。

实施例2

实施例2提供一种2219铝合金扁锭，2219铝合金化学成分按照质量百分数计包括：Si≤0.2％、Fe≤0.3％、Cu为5.8％～6.8％、Mn＝0.2％～0.4％、Mg≤0.2％、V为0.05％～0.15％、Zr≤0.1％～0.25％、Zn≤0.1％、Ti为0.02％～0.10％、余量为铝。该2219铝合金扁锭采用低浓度起铸铸造方法制得，具体过程如下：

按照铝合金化学成分进行第一次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.2wt％、Cu＝6wt％、Mn＝0.3wt％、Mg＝0.01wt％、V为0.1wt％、Zr＝0.12wt％、Zn＝0.05wt％、Ti＝0.05wt％、余量为Al，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，进行第二次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.2wt％、Cu＝2.1wt％、Mn＝0.3wt％、Mg＝0.01wt％、V为0.1wt％、Zr＝0.12wt％、Zn＝0.05wt％、Ti＝0.05wt％、余量为Al(第二次配料时主要元素Cu的含量为铝合金化学成分中Cu含量的35％，其他微量元素及其含量不变，Al含量对应发生变化)，经过熔炼的正常程序，得到起铸料。

铸造前，将起铸料和主铸料分别注入流槽的第一腔室中和第二腔室中，第一腔室直接与主流槽的堵头相连，第二腔室的液体通过堵头与主流槽相连。铸造时，先开启流体堵头，将起铸料注入结晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿60mm处，关闭开关，使结晶器内的起铸料成型为铸锭头。关闭第一室开关，开启第二室流体开关，正常铸造，将主铸料注入结晶器，同时，开启引锭头下降速度，控制其下降速度，即铸造速度为50mm/min，铸造结晶器宽度为1620mm。

对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，得到宽1620mm、厚700mm，大规格的2219铝合金扁锭。

实施例3

实施例3提供一种2024铝合金扁锭，2024铝合金化学成分按照质量百分数计包括：Si≤0.5％、Fe≤0.5％、Cu为4.1％～4.9％、Mn＝0.3％～1％、Mg＝1.2％～1.8％、Cr≤0.1％、Zn≤0.25％、余量为铝。该2024铝合金扁锭采用低浓度起铸铸造方法制得，具体过程如下：

按照铝合金化学成分进行第一次配料：Si＝0.3wt％、Fe＝0.3wt％、Cu＝4.5wt％、Mn＝0.6wt％、Mg＝1.5wt％、Cr＝0.05wt％、Zn＝0.2wt％、余量为Al，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，进行第二次配料：Si＝0.3wt％、Fe＝0.3wt％、Cu＝1.8wt％、Mn＝0.6wt％、Mg＝1.5wt％、Cr＝0.05wt％、Zn＝0.2wt％、余量为Al(主要元素Cu的含量为第一次配料中Cu含量的40％，其他微量元素及含量不变，Al含量对应变化)，经过熔炼的正常程序，得到起铸料。

铸造前，将起铸料和主铸料分别注入流槽的第一腔室中和第二腔室中，第一腔室直接与主流槽的堵头相连，第二腔室的液体通过堵头与主流槽相连。铸造时，先开启流体堵头开关，将起铸料注入晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿70mm处，关闭开关，使结晶器内的起铸料成型为铸锭头。关闭第一室开关，开启第二室流体开关，正常铸造，将主铸料注入结晶器，同时，开启引锭头下降速度，控制其下降速度，即铸造速度为45mm/min，铸造结晶器宽度为2000mm。

对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，得到宽2000mm、厚600mm，大规格的2024铝合金扁锭。

实施例4

实施例4提供一种7075铝合金圆锭，7075铝合金化学成分按照质量百分数计包括：Si≤0.4％、Fe≤0.5％、Cu为1.2％～2.0％、Mn≤0.3％、Mg＝2.1％～2.9％、Cr＝0.18％～0.28％、Zn＝5.1％～6.1％、Ti≤0.2％、余量为铝。该7075铝合金圆锭采用低浓度起铸铸造方法制得，具体过程如下：

按照铝合金化学成分进行第一次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.4wt％、Cu＝1.4wt％、Mn＝0.1wt％、Mg＝2.5wt％、Cr＝0.2wt％、Zn＝5.5wt％、Ti＝0.1wt％、余量为Al，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，进行第二次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.4wt％、Cu＝0.42wt％、Mn＝0.1wt％、Mg＝0.75wt％、Cr＝0.2wt％、Zn＝1.65wt％、Ti＝0.1wt％、余量为Al(主要元素Zn、Cu、Mg的含量为第一次配料中含量的30％，其他微量元素及含量不变，Al含量对应变化)，经过熔炼的正常程序，得到起铸料。

先将起铸料注入结晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿60mm处，关闭流槽开关，使结晶器内的起铸料成型为高60mm的铸锭头；再切换流体堵头，将主铸料注入结晶器，开启引锭头下降速度，控制铸造速度为60mm/min，铸造结晶器宽度为1640mm。

对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，得到宽1640mm、直径800mm，大规格的7075铝合金圆锭。

实施例5

实施例5提供一种2A17铝合金圆锭，2A17铝合金化学成分按照质量百分数计包括：Si≤0.3％、Fe≤0.3％、Mg＝0.25％～0.45％、Mn＝0.4％～0.8％、Zn≤0.1％、Ti为0.07％～0.16％、Cr≤0.1％、Cu为6％～7％、Zr＝0.1％～0.25％、V为0.05％～0.15％、B＝0.001～0.01％、余量为铝。该2A17铝合金圆锭采用低浓度起铸铸造方法制得，具体过程如下：

按照铝合金化学成分进行第一次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.1wt％、Mg＝0.3wt％、Mn＝0.5wt％、Zn＝0.05wt％、Ti＝0.1wt％、Cr＝0.05wt％、Cu＝6.5wt％、Zr＝0.12wt％、V＝0.1wt％、B＝0.005wt％、余量为Al，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与铝合金化学成分相同的元素，进行第二次配料：Si＝0.1wt％、Fe＝0.1wt％、Mg＝0.3wt％、Mn＝0.5wt％、Zn＝0.05wt％、Ti＝0.1wt％、Cr＝0.05wt％、Cu＝2.6wt％、Zr＝0.12wt％、V＝0.1wt％、B＝0.005wt％、余量为Al(主要元素Cu的含量为第一次配料中Cu含量的40％，其他微量元素及含量不变，Al含量对应变化)，经过熔炼的正常程序，得到起铸料。

先将起铸料注入结晶器，注入结晶器深度为距结晶器上沿60mm处，关闭流槽开关，使结晶器内的起铸料成型为高60mm的铸锭头；再切换流体堵头，将主铸料注入结晶器，开启引锭头下降速度，控制铸造速度为60mm/min。

对铸造形成的铸锭进行“回火”处理，得到直径700mm，大规格的2A17铝合金圆锭。

对实施例1-5中的铝合金铸锭(扁锭和圆锭)的化学成分进行检测，各铸锭主体部分的化学成分均在该型号铝合金化学成分的标准内，说明采用本发明实施例低浓度起铸铸造方法不会影响铸锭本身的性能。对实施例1-5中的铝合金铸锭进行结构检测，发现均没有开裂，说明采用本发明实施例低浓度起铸铸造方法可避免铸锭成型开裂。

综上所述，本发明实施例的低浓度起铸铸造方法能降低铸造过程中的应力，可完全避免铸锭成型开裂，且不影响铸锭本身的性能；制得的铝合金铸锭的性能稳定，且完全不会开裂。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种低浓度起铸铸造方法，其特征在于，其包括以下步骤：

按照铝合金化学成分中各元素及含量进行第一次配料，其中含量为1.8wt％～8wt％的元素为主要元素，经过熔炼的正常程序，得到主铸料；按照与所述铝合金化学成分相同的元素，其中主要元素降至原含量的30％～40％进行第二次配料，经过熔炼的正常程序，得到起铸料；

采用所述起铸料进行铸造，铸造长度为50～80mm，形成铸锭头；

采用所述主铸料在所述铸锭头的基础上继续进行铸造，铸造长度为1400～8500mm。

2.根据权利要求1所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，7系铝合金化学成分中的主要元素包括Zn，Zn的质量百分数含量≥5％。

3.根据权利要求1所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，2系铝合金化学成分中的主要元素包括Cu，Cu的质量百分数含量≥4％。

4.根据权利要求1所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，铸造前，将所述起铸料和所述主铸料分别注入第一腔室中和第二腔室中，所述第一腔室和所述第二腔室分别连接于主流槽。

5.根据权利要求4所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，铸造时，先开启流体堵头，将所述起铸料注入所述主流槽中，再关闭所述流体堵头，将所述主铸料注入所述主流槽中。

6.根据权利要求5所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，先将所述起铸料注入结晶器，注入所述结晶器深度为距所述结晶器上沿50～80mm处，关闭引锭头，使所述结晶器内的所述起铸料成型为铸锭头；再切换所述流体堵头，将所述主铸料注入结晶器，并开启引锭头下降，控制下降速度为40～60mm/min。

7.根据权利要求1所述的低浓度起铸铸造方法，其特征在于，铸造结束后，还需对铸造形成的铸锭进行“回火”处理。

8.一种铝合金铸锭，其特征在于，其采用如权利要求1至7中任一项所述的低浓度起铸铸造方法制得。

9.根据权利要求8所述的铝合金铸锭，其特征在于，所述铝合金铸锭为宽度不小于1600mm，厚度不小于500mm的扁锭。

10.根据权利要求8所述的铝合金铸锭，其特征在于，所述铝合金铸锭为直径不小于700mm的圆锭。