CN109894586A - 一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法 - Google Patents

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江鸿翔
赵九洲
周策
闵爱武
何杰
张丽丽
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Institute of Metal Research of CAS
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Abstract

本发明公开了一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，属于铝合金制备加工领域。该制备方法具体包括以下步骤：将电解铝液注入铝合金熔炼炉、调节熔体温度并加入其他合金元素、对合金熔体进行电磁搅拌、熔体净化、样品分析成分、成分合格后加入Al‑Ti‑B(C)中间合金进行细化、在线净化、油气润滑连续铸造、锯切、质量检测等。本发明方法有利于减小铸锭表面偏析层厚度，改善铸锭表面质量，该方法具有很好的工业应用前景。

Description

一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法
技术领域
本发明涉及铝合金制备加工技术领域，具体涉及一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法。
背景技术
铝及铝合金因具有质量轻、耐腐蚀、比强度高、表面美观、加工成形性好等诸多特点，被广泛应用于航天航空、机械、交通运输、建筑、包装等领域。随着全球工业化进程的不断加速和铝合金材料及加工技术的发展，对铝合金铸造技术及铸锭品质的要求越来越高。目前，连续铸造技术已成为铝合金铸锭生产中广泛应用的方法。然而，在采用连续铸造技术生产铝合金铸锭时往往存在铸锭表面粗糙、偏析层厚等问题，这严重阻碍了高品质铝合金铸锭的生产。因此，研发低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，提高铝合金质量，从而满足铝合金生产行业对高质量铝合金的需求，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，以满足工业生产中对高质量铝合金的需求。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)将电解铝液注入铝合金熔炼炉，调节熔体温度并加入其他合金元素，对合金熔体进行电磁搅拌；
(2)对熔体进行样品成分分析；
(3)铝合金化学成分合格后加入细化剂进行细化处理；
(4)半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，先向结晶器内通入润滑油和压缩空气，然后使合金熔体流入结晶器，实现油气润滑铸造，制备出低表面偏析层厚度铝合金连铸锭。
上述步骤(1)中，调节铝液温度在700～770℃范围内时，加入其他合金元素。
对铝合金熔体进行净化处理后，再进行步骤(2)。
上述步骤(3)中，所使用的细化剂为Al-Ti-B或Al-Ti-C中间合金，细化剂的加入量占铝合金熔体总重量的0.1-0.6％；所述Al-Ti-C中间合金中Ti元素和C元素的重量比为(8-15)：1，所述Al-Ti-B中间合金中Ti元素和B元素的重量比为(4-6)：1。
上述步骤(3)中，向铝合金熔体中加入细化剂进行细化处理的过程为：将铝合金熔体升温至700～750℃，加入细化剂，细化剂加入后搅拌熔体3-5min，然后进行半连续铸造。
上述步骤(4)中，合金熔体浇铸温度为：680℃～770℃。
上述步骤(4)连铸过程中，向结晶器内通入润滑油的油压为0.2～0.8MPa，通入压缩空气的气压为0.1～0.4MPa；铸造速度为70mm/min～130mm/min。
上述步骤(4)中，油气润滑结晶器内设有冷却水腔，控制冷却水腔内冷却水流量为200m3/h～300m3/h。
采用本发明方法所制备的铝合金连铸锭的表面偏析层厚度低于80μm。
本发明的原理如下：
1、本发明在连铸过程中向结晶器内壁通入油和气，实现油气润滑铸造，使连铸锭的初凝壳与结晶器之间形成一种软接触状态，降低初凝壳与结晶器之间的摩擦阻力以及结晶器的一次冷却，避免连铸过程中出现初凝固壳温度的回升，从而减弱合金熔体在静压力的作用下穿过初凝壳形成表面偏析层的趋势；
2、本发明通过适当调整铸造温度、冷却水及气体流量，尽可能减小结晶器内液穴深度及熔体径向温度梯度，从而减小溶质向铸锭表层移动的驱动力；
本发明通过添加高质量Al-Ti-B(C)中间合金来对合金熔体进行孕育处理，尽可能降低晶粒尺寸，增加溶质向铸锭表层移动的阻力。以上各方面的处理均有利于减小铸锭表面偏析层厚度，改善铸锭表面质量。
本发明的有益效果如下：
本发明将铝合金连铸锭的表面偏析层厚度减小至80μm以下，显著改善铸锭表面质量，提供了一种易操作的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，拥有很好的工业应用前景。
附图说明
图1为按实施例1方法制备的6063铝合金连铸锭的组织形貌。
图2为按实施例1方法制备的6063铝合金连铸锭的表面偏析层形貌。
具体实施方式
以下结合附图及实施例详述本发明，但本发明的保护范围和应用范围不限于以下实施例。
本发明为制备具有低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的方法，该方法包括：将电解铝液注入铝合金熔炼炉、调节熔体温度并加入其他合金元素、对合金熔体进行电磁搅拌、熔体净化、样品分析成分、成分合格后加入Al-Ti-B(C)中间合金进行细化、在线净化、油气润滑连续铸造、锯切、质量检测等。
在熔体连铸过程中向结晶器内通入油和气，实现油气润滑铸造。铸造速度为：70mm/min～130mm/min。合金熔体浇铸温度为：680℃～770℃。
采用上述方法所制备的铝合金连铸锭的表面偏析层厚度低于80μm。
实施例1
按照如下步骤生产直径为250mm的6063铝合金连铸锭：
将电解铝液注入铝合金熔炼炉，调节铝液温度至750℃后，加入Mg、Si等合金元素，对合金熔体进行电磁搅拌。
经熔体净化处理后进行样品成分分析，成分合格后加入占熔体重量0.5wt.％的Al-5wt％Ti-0.5wt％C中间合金进行细化；细化过程为：将铝合金熔体升温至720℃，加入细化剂，细化剂加入后搅拌熔体3-5min，然后进行半连续铸造。
半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，结晶器内设有冷却水腔，用于通入冷却水；结晶器上还开有空气腔和润滑油腔，先向空气腔和润滑油腔通入压缩空气和润滑油，二者混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；铸造开始时合金熔体缓慢流入结晶器，实现油气润滑铸造；其中：以90mm/min的速度进行油气润滑连续铸造，铸造过程中通入润滑油的油压为0.5MPa，通入压缩空气的气压为0.2MPa，冷却水流速约为220m3/h，浇注温度为690℃。
最后将所得连铸锭进行锯切、质量检测等。
图1和2分别为本实施例所获得的6063铝合金连铸锭的基体组织形貌和表面偏析层形貌。分析表明，所制备的6063铝合金连铸锭的平均晶粒尺寸约为100μm，表面偏析层厚度约为70μm。可见本发明制备的合金连铸锭具有很低的表面偏析层厚度。
实施例2
按照如下步骤生产直径约228mm的6063铝合金连铸锭：
将电解铝液注入铝合金熔炼炉，调节铝液温度至750℃后，加入Mg、Si等合金元素，对合金熔体进行电磁搅拌。
经熔体净化处理后进行样品成分分析，成分合格后加入占熔体重量0.4wt.％的Al-5wt％Ti-1wt％B中间合金进行细化；细化过程为：将铝合金熔体升温至730℃，加入细化剂，细化剂加入后搅拌熔体3-5min，然后进行半连续铸造。
半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，结晶器内设有冷却水腔，用于通入冷却水；结晶器上还开有空气腔和润滑油腔，先向空气腔和润滑油腔通入压缩空气和润滑油，二者混合并沿着结晶器内环形成一薄层油-气垫膜；铸造开始时合金熔体缓慢流入结晶器，实现油气润滑铸造；其中：以100mm/min的速度进行油气润滑连续铸造，铸造过程中通入润滑油的油压为0.6MPa，通入压缩空气的气压为0.3MPa，冷却水流速约为210m3/h，浇注温度为700℃。
最后将所得连铸锭进行锯切、质量检测等。
对所得铝合金连铸锭进行组织分析发现：所制备的6063铝合金连铸锭的平均晶粒尺寸约为100μm，表面偏析层厚度约为70μm。可见本发明制备的合金连铸锭具有很低的表面偏析层厚度。

Claims (9)

1.一种低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
(1)将电解铝液注入铝合金熔炼炉，调节熔体温度并加入其他合金元素，对合金熔体进行电磁搅拌；
(2)对熔体进行样品成分分析；
(3)铝合金化学成分合格后加入细化剂进行细化处理；
(4)半连续铸造：半连续铸造采用油气润滑结晶器，先向结晶器内通入润滑油和压缩空气，然后使合金熔体流入结晶器，实现油气润滑铸造，制备出低表面偏析层厚度铝合金连铸锭。
2.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，调节铝液温度在700～770℃范围内时，加入其他合金元素。
3.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：对铝合金熔体进行净化处理后，再进行步骤(2)。
4.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所使用的细化剂为Al-Ti-B或Al-Ti-C中间合金，细化剂的加入量占铝合金熔体总重量的0.1-0.6％；所述Al-Ti-C中间合金中Ti元素和C元素的重量比为(8-15)：1，所述Al-Ti-B中间合金中Ti元素和B元素的重量比为(4-6)：1。
5.按照权利要求4所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，向铝合金熔体中加入细化剂进行细化处理的过程为：将铝合金熔体升温至700～750℃，加入细化剂，细化剂加入后搅拌熔体3-5min，然后进行半连续铸造。
6.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，合金熔体浇铸温度为：680℃～770℃。
7.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(4)连铸过程中，向结晶器内通入润滑油的油压为0.2～0.8MPa，通入压缩空气的气压为0.1～0.4MPa；铸造速度为70mm/min～130mm/min。
8.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，油气润滑结晶器内设有冷却水腔，控制冷却水腔内冷却水流量为200m3/h～300m3/h。
9.按照权利要求1所述的低表面偏析层厚度铝合金连铸锭的制备方法，其特征在于：该方法所制备的铝合金连铸锭的表面偏析层厚度低于80μm。
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